Решён
Как осуществляются круговые процессы в термодинамике - никак не могу понять

Анна Физик • Физика •
2.1k
3

Готовлюсь к экзамену по физике, застрял на теме круговых процессов. Понимаю, что это цикл, где газ возвращается в исходное состояние. Но не понимаю главного: почему КПД цикла Карно максимальный и как вообще считать работу, которую совершает газ за один цикл?

Еще путаюсь в том, как читать графики p-V. Знаю что площадь внутри цикла - это работа, но не понимаю, как определить знак: когда газ совершает работу, а когда работа совершается над газом?

КПДПодготовка к экзаменуТермодинамикаФизикаЦикл Карно

3 ответа

Лучшие Новые Старые
Решение
86
Эксперт • 4 ответа

По Карно разберем отдельно, потому что тут обычно и застревают.

Цикл Карно состоит из четырех шагов: изотермическое расширение при T1 (горячий источник), адиабатическое расширение, изотермическое сжатие при T2 (холодный источник), адиабатическое сжатие обратно.

КПД цикла Карно: n = 1 - T2/T1, где температуры в Кельвинах.

Почему он максимальный? Это следует из второго начала термодинамики - Клаузиус и Карно доказали, что любой обратимый цикл между двумя источниками имеет одинаковый КПД, а любой необратимый - меньший. Цикл Карно как раз полностью обратимый (все процессы квазистатические). На практике такого КПД не достичь из за трения, теплообмена через конечные разности температур и прочего.

Работа за цикл на p-V графике - площадь фигуры, ограниченной кривыми. Направление цикла дает знак (по часовой - работа положительная, ответ выше правильный).

Для расчета конкретных задач: работа на изотерме A = nRT * ln(V2/V1), на адиабате через изменение внутренней энергии. Но для экзамена обычно дают численные значения и просят применить формулу КПД.

Аватар Анна Физик
Анна Физик Автор

Вот теперь дошло! Про направление по часовой стрелке я не слышала ни разу, хотя в трех учебниках листала эту тему. Спасибо огромное!

42
Эксперт • 1 ответ

Про знак работы на p-V диаграмме - самое простое правило:

Смотришь, в каком направлении идет цикл. Если по часовой стрелке - газ совершает положительную работу (двигатель). Если против часовой - работа совершается над газом (холодильник).

Почему? При движении по часовой по верхней ветви (расширение) давление выше, чем при движении по нижней ветви (сжатие). Значит при расширении газ отдал больше работы, чем принял при сжатии. Итог положительный.

21
Участник • 3 ответа

Небольшое уточнение к предыдущему ответу: формула КПД n = 1 - T2/T1 справедлива только для цикла Карно. Для других циклов (Стирлинга, Отто, Дизеля) формулы другие. На экзамене эту деталь часто проверяют - не подставляй формулу Карно в задачи с другими циклами.

Написать ответ

Визуальный редактор (WYSIWYG)
Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Или войдите в систему
Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.