Необратимость и производство работы. Эксергия

Последствия необратимого протекания цикла проанализируем на примере сравнения обратимого и необратимого циклов Карно (рис. 6.4).

В адиабатно изолированной системе, состоящей из источника теплоты I температурой Ti и источника (приемника) теплоты II температурой Т2, рабочее тело III совершает равновесный (обратимый) цикл Карно. Подвод теплоты (Д и отвод теплоты Q2 происходит при бесконечно малых разностях температур между источниками и рабочим телом:

где Т[ и Т') — температуры рабочего тела.

Адиабаты расширения и сжатия осуществляются механически равновесно (обратимо) при бесконечно малой разности давлений.

Сравнение обратимого и необратимого циклов Карно

Рис. 6.4. Сравнение обратимого и необратимого циклов Карно:

а — адиабатно изолированная система; 6 — наложение двух циклов

В соответствии с постулатом Клаузиуса, энтропия адиабатно изолированной системы Д5С= О, поскольку увеличение энтропии источника II компенсировалось уменьшением энтропии источника I, а изменение энтропии рабочего тела за цикл, как и изменение любого другого параметра состояния, равно нулю.

Введение даже единственной причины необратимости — конечной разности температур в процессе теплообмена источника I и рабочего тела АТ = Тх - Т[ — приводит к необратимости всего цикла. В данном случае то же количество теплоты Qj, отводимой от источника I, подводится к рабочему телу в необратимом процессе 1 н —2н; при этом энтропия рабочего тела возрастает на большую величину Д5С= 5 - SUl, чем в обратимом процессе подвода теплоты (AS = S2- 5j). Остальные процессы протекают равновесно, в результате чего

Однако, для того чтобы замкнуть цикл, приходится отвести от рабочего тела больше теплоты, вследствие чего энтропия приемника теплоты возрастает на большую величину Д5, чем в обратимом цикле.

Энтропия адиабатно изолированной системы из-за необратимости цикла возрастает на величину ДSc > 0, а возможная (недополученная из-за дополнительного отвода теплоты) работа уменьшается на величину

Любая другая необратимость также увеличивает возрастание энтропии системы и требует дополнительного отвода теплоты от рабочего тела для замыкания цикла и, следовательно, недополучения работы.

Вышеизложенное позволяет расширить объяснение физического смысла энтропии:

  • • в равновесных процессах энтропия — это тепловая координата, изменение которой показывает направление теплообмена;
  • • в неравновесных процессах энтропия является мерой неравновесно- сти и мерой потери работоспособности системы.

Энтропия системы в необратимых процессах возрастает за счет увеличения энтропии приемника теплоты, которым в конечном итоге является окружающая среда.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >