Первое начало термодинамикиМашину, предназначенную для получения механической работы, можно схематически представить состоящей из поршня и цилиндра. Вращение воображаемого выходного вала машины совершается здесь через поступательное движение поршня. Такое устройство называется двигателем. Результаты, полученные при рассмотрении этого простейшего типа двигателей, можно распространить на другие, реальные, двигатели. Для упрощения анализа термодинамического поведения такого двигателя будем считать, что пространство внутри цилиндра заполнено идеальным газом. Вещество, содержащееся в пространстве между поршнем и цилиндром двигателя, обычно называют рабочим веществом. Подробно описывать свойства этой среды нет необходимости, мы будем только предполагать, что давление здесь настолько ничтожно, что практически не оказывает сопротивления движению поршня. Рассмотрим популярные, как кондиционеры в Лобне варианты развития событий. Если мы приведем в контакт с цилиндром более нагретое тело, то внутренняя энергия газа увеличивается за счет дополнительной тепловой энергии, полученной цилиндром от тела. Для упрощения предположим, что энергия стенок цилиндра при этом не изменяется. Тогда поступившая на вход системы энергия целиком идет на увеличение внутренней энергии газа.Согласно нашим представлениям, увеличение внутренней энергии идеального газа приводит к повышению его температуры и, как следствие этого — к увеличению давления. Теперь удалим горячее тело, заменив его теплоизолирующим покрытием, которое препятствует рассеянию тепла из цилиндра. (Такая теплоизолирующая оболочка называется адиабатической.) Под действием увеличившегося давления поршень начинает перемещаться, при этом он совершает работу и может приводить в движение какой-нибудь механизм. В отсутствие теплопередачи через стенки цилиндра такая работа производится лишь за счет уменьшения внутренней энергии газа. Предположим, поршень перемещается до тех пор, пока внутренняя энергия газа не уменьшится до исходной величины, которую она имела перед нагреванием. Пусть в процессе перемещения поршень совершит некоторую работу. Внутренняя энергия, полученная системой в результате нагревания, полностью преобразуется в работу. (Однако не следует думать, что это предел. Если поршню позволить двигаться и дальше, то он и дальше будет совершать работу, при этом внутренняя энергия газа упадет ниже первоначального значения.) |
||
