IMG 91

s. druga zasada termodynamiki

8.1. OBIEG/ TERMODYNAMICZNE

Obiegiem (erniodynniuic/ny-m nazywamy przemianę (iui> cykl pi/emian),

" której parametry termodynamiczne stanu początkowego i stanu końcowego

czynnika są takie same. Obiegi termodynamiczne są wykorzystywane do analizy pra. cy rzeczywistych urządzeń działających w sposób ciągły lub cykliczny, w których czynnik procesowy co pewien czas powraca do tego samego stanu. Dla takich m ządzeń można określić pewien odwracalny obieg porównawczy, pozwalający na przybliżoną ocenę jakości pracy urządzenia. Przybliżenie wynika z tego, ze obieg porów nawczy jest zawsze obiegiem idealnym, którego nie można w pełni zrealizować w rzeczywistości. a także z tego. ze w niektórych urządzeniach (np. w silnikach spalinowych) zachodzą reakcje chemiczne, które w obiegu (dla zgodności z jego definicją) zastępuje się odpowiednią przemianą termodynamiczną.

Obieg termodynamiczny można zrealizować w układzie zamkniętym albo też ^w °dp°^wicdnim zestawie urządzeń przepływowych (układ otwarty).

Obieg termodynamiczny jest odwracalny, jeżeli wszystkie składające sią nań przemiany są odwracalne oraz przepływ ciepła iilięd/y czynnikiem i otoczeniem odbywa się przy </7'- 0. Niespełnienie któregokolwiek z powyższych warunków czyni obieg nieodwracalnym.

U każdym obiegu musi wystąpić kompresja czynnika, praca kompresji (!_k) jest doprowadzana do układu, oraz ekspansja czynnika powodująca oddanie pracy ekspansji (l_tx) przez układ. Pracę obiegu stanowi różnica pracy ekspansji i kompresji:

-KI (8 1)

Równocześnie, aby prace ekspansji i kompresji mogły być wykonane, do czynnika w obiegu ciepło musi być doprowadzane (q_d) i odprowadzane (r/_H.). Z definicji obiegu termodynamicznego (identyczność stanu początkowego i końcowego czynnika) wynika, że przyrost energii wewnętrznej (jak również wszystkich innych parametrów i funkcji stanu) układu realizującego obieg jest równy zeru (Au = 0). Zatem - niezależnie od odwracalności lub nieodwracalności obiegu z równania pierwszej zasady termodynamiki wynika, że dla urządzenia realizującego obieg, bilans energii ma postać:

(82)

lub dla układu zamkniętego (całkowita ilość masy czynnika termodynamicznego):

Qi-\Q*\~L+ (8-2a)

Biorąc pod uwagę znak pracy /_o(„ obiegi termodynamiczne można podzielić na pr»woblcine, w których zmiana sianu czynnika procesowego odbywa się zgodnie i ruchem wskazówek zegara (niezależnie od układu współrzędnych, w którym przedstawiamy obieg); w obiegach tych q_d> tyj żalem praca l_ah> o i dlatego obiegi prawobiezne nazywane są również obiegami silnika cieplnego; można powiedzieć. że realizowana w nich jesl /umiana ciepła na pracę; lewo bieżne, w których zmiana stanu czynnika procesowego odbywa się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (również niezależnie od układu współrzędnych); w obiegach tych q_d< \qj zatem praca /„* < 0 i dlatego obiegi łcwobicżnc nazywane są również obiegami maszyn roboczych (ziębiarek i pomp ciepła); można powiedzieć. że rcalizowuna w nich jest zamiana pracy na ciepło.

Na rysunku 8.1 przedstawiono krzywe zamknięte obiegu prawobieżnego (rys. 8.la) i lewobieżnego (rys. 8.1 b) z zaznaczeniem prac wykonywanych w czasie obiegu oraz ciepła doprowadzanego i odprowadzanego w trakcie obiegu.

CD -w

v 0 objętość wlaictw*

objętość właściwa

Itys. 81. Obiegi w układzie współrzędnych p v a) obieg prawobic/ny (silnikowy); b) obieg łcwobiczny (maszyny roboczej - ziębiarki i pompy ciepła)

ten obieg. Zatem, kosztem dostarczonej pracy