Холодильник – фізика

Щоб повернути робоче тіло в початковий стан, його необхідно стиснути. Якщо стиск робити при тих же значеннях тиску, що і розширення, то робота стиснення буде дорівнює роботі розширення, а повна робота виявиться рівною нулю. Щоб отримати повну роботу, відмінну від нуля, потрібно виробляти стиск при менших значеннях тиску, ніж розширення.

Процес стиснення слід здійснювати при більш низькій температурі, ніж розширення. Тому робоче тіло необхідно охолодити. Для цього його приводять у контакт з тілом, температура якого Т2 <Ту. Таке тіло називають холодильником. Для парової турбіни холодильником є ​​атмосфера або спеціальний пристрій для охолодження відпрацьованого пара; для двигуна внутрішнього згоряння – атмосфера. Отже, тільки частина кількості теплоти отриманого від нагрівача, перетворюється на корисну механічну роботу А. Інша кількість теплоти Q2 передається холодильника.

На малюнку 98 робота стиснення відповідає площі фігури під кривою В’А. Тоді повна робота, рівна різниці між роботою розширення і роботою стиснення, відповідає площі фігури, обмеженої кривою АаВ’А.

Таким чином, для забезпечення циклічної роботи теплового двигуна необхідні нагрівач з температурою Tv холодильник з температурою Т2 і робоче тіло. Робоче тіло отримує від нагрівача кількість теплоти і віддає холодильнику кількість теплоти Q2. Різниця Q1 – Q2 дорівнює корисній роботі:

A = Q1-Q2.

Отже, в циклічно працюючої тепловій машині неможливо перетворити в механічну роботу всю кількість теплоти, отримана від нагрівача.

Для того щоб повернути робоче тіло двигуна в початковий стан, його необхідно стиснути, витративши при цьому енергію від зовнішнього джерела, оскільки, як випливає з другого закону термодинаміки, воно мимовільно в цей стан повернутися не може.

Цей висновок лежить в основі іншої формулювання другого закону термодинаміки: неможливо здійснити такий періодичний процес, єдиним результатом якого було б отримання роботи за рахунок енергії, взятої від одного джерела.

Посилання на основну публікацію