ГЛАВА 21. РАБОТА ГАЗА В ЦИКЛИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Найдем теперь работу газа в циклических процессах 1-2-3-1 и 4-3-2-4. В процессе 1-2 газ не совершает работы, поскольку не меняется его объем. Работа газа в процессе 2-3 положительна и численно равна площади фигуры, ограниченной на рис. 21.4, а гиперболой 2-3, осью объемов, и вертикальными пунктирными отрезками. В процессе 3-1 работа газа отрицательна и численно равна площади фигуры, ограниченной на рис. 21.4, а горизонтальным отрезком 3-1, осью объемов и вертикальными пунктирными отрезками. Поэтому работа газа за весь цикл положительна и численно равна площади фигуры, ограниченной графиком цикла в координатах p − V (т.е. фигуры, ограниченной кривой 1-2-3-1). Аналогично работа газа в процессе 4-3-2-4 численно равна площади цикла 4-3-2-4 на графике p − V. Поскольку два цикла 1-2-3-1 и 4-3-2-4 можно приложить друг к другу по изотерме так, что вместе они будут образовывать на графике p − V прямоугольник, в котором изотерма «выгнута» в сторону цикла 1-2-3-1 (рис. 21.5), то площадь цикла 1-2-3-1 меньше площади цикла 4-3-2-4, и, следовательно, работа газа в первом процессе меньше работы газа во втором.

Подведем итоги. Эффективность работы теплового двигателя определяется его коэффициентом полезного действия - КПД - величиной, которая показывает, какую долю энергии, взятой у нагревателя в виде внутренней энергии, двигатель превращает в механическую работу. Поэтому для вычисления КПД эти две величины - внутреннюю энергию, взятую у нагревателя, и совершенную двигателем механическую работу - необходимо найти. Для этого нужно придерживаться следующего примерного плана.

1. С помощью первого закона термодинамики установить те участки процесса, в которых рабочее тело двигателя контактировало с нагревателем. Это проще всего сделать, применяя к ним первый закон термодинамики и определяя знак количества теплоты, полученной рабочим телом: если это количество теплоты положительно, рабочее тело получало энергию и, следовательно, контактировало с нагревателем. Если отрицательно - с холодильником.