2740389841

187

Wykład z fizyki, Piotr Posmykiewicz

ciepła mają te same współczynniki. Ten współczynnik sprawności, zwany współczynnikiem sprawności Carnota, musi być niezależny od substancji wykonującej pracę w silniku i, w związku z tym, musi zależeć tylko od temperatur grzejnicy i chłodnicy.

Przyjrzyjmy się co powoduje, że proces jest odwracalny lub nie. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, zamiana energii mechaniczną na energię cieplną w wyniku tarcia jest procesem nieodwracalnym, tak jak nie jest procesem odwracalnym proces przepływ ciepła z ciała cieplejszego do chłodniejszego. Trzeci typ nieodwracalności występuje, jeżeli układ przechodzi przez stany nierównowagowe, na przykład, gdy gaz podlega turbulencjom lub kiedy gaz wybucha. Aby proces był odwracalny musimy być wstanie przeprowadzić układ z powrotem poprzez takie same stany równowagowe, ale w odwrotnej kolejności.

Z powyższych rozważań i przedstawionych sformułowań drugiej zasady termodynamiki możemy podać listę warunków, które musza być spełnione aby proces był odwracalny:

1.    Żadna praca nie może być wykonana przez siły tarcia, lepkości, lub inne siły dyssypatywne - wytwarzające ciepło.

2.    Przewodzenie ciepła może odbywać się tylko izotermicznie.

3.    Proces musi zachodzić tylko kwasi statycznie tzn. tak, aby układ był zawsze w stanie równowagi termodynamicznej (lub nieskończenie blisko stanu równowagi)

Warunki odwracalnoścl

Dowolna przemiana, która narusza którykolwiek z powyższych warunków jest procesem nieodwracalnym. Większość procesów jest z swojej natury nieodwracalnych. Aby otrzymać proces odwracalny, musimy przyłożyć dużą wagę, aby wyeliminować tarcie i inne siły dyssypatywne i przeprowadzić go w sposób kwasi statyczny. Ponieważ nigdy nie może być to wykonane w sposób idealny, to proces odwracalny jest tylko pewną idealizacją, podobnie jak idealizacją jest ruch bez tarcia w mechanice. Tym niemniej, odwracalność w praktyce może być zrealizowane z dużym przybliżeniem.

Możemy teraz zrozumieć cechy charakterystyczne cyklu Carnota, który jest cyklem odwracalnym między dwoma zbiornikami ciepła. Ponieważ całe przekazanie ciepła musi być izotermiczne, aby proces był odwracalny, to ciepło pobierane z ciepłego zbiornika musi być w całości absorbowane izotermicznie. Następnym etapem musi być kwasi statyczne adiabatyczne rozprężanie do niższej temperatury chłodnego zbiornika. Następnie ciepło jest