Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Топ:
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного...
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Интересное:
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Дисциплины:
2022-08-20 | 22 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Новая наука — термодинамика, установившая связь между
механическими и тепловыми эффектами,
обрела существование.
/И.Пригожин
Связь между механическими и тепловыми эффектами, установленная Клаузиусом, ущербна: Клаузиус отбросил 3-й принцип Карно (композитный цикл) и тем самым субъективно ограничил область существования термодинамики. Эту ошибку исправил Гиббс: теперь термодинамика позволяет выводить универсальные закономерности на основании только логических аргументов, не оглядываясь на частные свойства веществ - термодинамика адекватно работает только с параметрами состояния. Опираясь на метод Гиббса, Ландау указал, что зависимость между теплотой и работой неоднозначна, и теперь предстояло заново установить все зависимости между механическими и тепловыми эффектами. Вопросу о максимальной работе системы А уделил пристальное внимание Ландау (1964), разделив процесс на два вида, в зависимости от граничных условий:
1. Максимальная работа в теплоизолированной системе из нескольких тел, не находящихся друг с другом в тепловом равновесии [9, §19].
2. Максимальная работа, производимая телом, находящимся во внешней среде [9,§20].
В теплоизолированной системе, состоящей из нескольких тел, не находящихся друг с другом в тепловом равновесии, в процессе установления равновесия система может совершать работу над внешними объектами: если начальная энергия системы U0, а энергия в состоянии равновесия US, то вследствие адиабатности системы произведенная ею работа равна просто изменению энергии |А| = U0 - US.
В реальных условиях максимальную работу кругового процесса, которую система может совершить над внешним телом, определяет изменение энергии Гиббса. Условие: начальные и конечные параметры системы (Tо, ро) совпадают с параметрами среды (Tо, ро), и теплообмен со средой происходит лишь при этих параметрах, при этом решение многозначно, а граничные условия задают ограничение и является теоретическим обоснованием монотермического двигателя. Сама постановка вопроса в таком виде доказывает неоднозначность принципа максимальной работы ТМС, что противоречит теории Клаузиуса–Кельвина - например, как утверждает Зоммерфельд (1950): «Все обратимые машины, имеющие тепловой контакт с окружающей средой только при двух температурах Т1 и Т2, обладают одинаковыми коэффициентами полезного действия» [30]. Ландау же открывает дорогу прямым эндотермическим циклам.
|
Исследуя максимальную работу процесса, Ландау выделяет случай для термостата (внешняя среда), который вместе с находящимися в ней телом и объектом работы образует расширенную систему. «Если бы среды не было, то работа, произведенная телом над теплоизолированным объектом при заданном изменении состояния тела (т. е. при заданных начальном и конечном состояниях), была бы вполне определенной величиной, равной изменению энергии тела. Наличие же среды, тоже участвующей в процессе, делает результат неоднозначным: возникает вопрос, какова максимальная работа, которую может произвести тело при данном изменении его состояния…»:
А = – ∆(H – TоS) [9, §20].
Неоднозначность результата означает, что у одной и той же системы при существующих параметрах состояния имеется два различных экстремальных решения для эксергии - это свойство возникает только у систем, работающих в термостате. Необходимое и достаточное условие термодинамического равновесия вещества, когда оно окружено средой с параметрами (ро, То),выражено в форме: ∆ (U + роV – ТоS) = 0, то есть «полное изменение энергии тела ∆ U при изменении его состояния складывается из трёх частей: из произведённой над телом работы внешнего источника (нагревателя), из работы, произведенной средой (рoV), и из полученного от среды тепла Qо» [9]. Ландау показал (1964), что в термостатах направление самопроизвольного процесса определяется не ростом энтропии, а условием минимума энергии Гиббса (∆G < 0), что означает существование зависимости максимальной работы от пути процесса (от кинетики), что соответствует физическим (механическим) определениям работы. Ландау отмечает, что максимальная работа термостатированной термомеханической системы (ТМС)неоднозначна и зависит от принципа движения системы (ЗУР или ЗДР). А что такое неоднозначность эксергии термостатированной ТМС? Это означает, что уравнение эксергии для термомеханических установок, кроме решения Карно-Клаузиуса, имеет и другие корни.
|
Преобразуем фундаментальное уравнение Гиббса в уравнение эксергии, согласно Ландау: Æ = –∆(U + рoV – TоS) = – ∆(Н – TоS), т.е.убыли энергии Гиббса. Так как, согласно Ландау, решения уравнения неоднозначно и имеет несколько решений, вводим индекс (i) для корней уравнения. Под термическим КПД (КПДт) понимают отношение максимальной работы, которую можно получить в устройстве, к энтальпии процесса: ηi = Æi/∆Нi– = (1 – TоΔSi/∆Нi–) [31]. В термодинамике Гиббса, в отличие от термодинамики Клаузиуса-Кельвина, интервал КПДт иной: 1 > КПДт > 1, что связано с использованием различных базовых циклов.
Имеем уравнение Гиббса-Гельмгольца в виде G = Н + Tо(∂G/∂T)р, откуда Æi = – (∆G)i = (Н1 – Но) + Tо[∂(G1 – G0)i/∂T] р = Н– + Tо(∂Æi/∂T)р, или Æi= Н– – TоΔSi = Q1 + Tо(∂Æi/∂T)р, где (ΔН–) = Q1 – экзотермический эффект рабочего тела, всегда отрицательный (–) для силовых ТМС; Tо(∂Æi/∂T)р = TоΔSi – тепловой эффект термостата, отрицательный (–) в экзотермических процессах и положительный (+) в эндотермических процессах. Отсюда имеем два экстремальных решения:
Æ1= Н– – Tо(∂Æ/∂T)р = Q1 – Q0 (цикл Карно);
Æ2 = Н– + Tо(∂Æ/∂T)р = Q1 + Q0 (цикл Ландау).
Цикл Ландау примечателен тем, что позволяет кратно повысить производительность существующих тепловых электростанций (ТЭС). Понятно, что если имеются два экстремальных значения для эксергии, то в интервале между ними можно получить множество промежуточных циклов. Выделим один базовый промежуточный холодильный цикл Æ3 = Н– = Q1 (холодильный цикл Ландау) - этот цикл известен в термодинамике топливных элементов[31]. Решение уравнения эксергии показало, что эксергия цикла определяется алгебраической суммой тепловых эффектов рабочего тела (экзотермическая фаза цикла) и термостата (эндотермическая фаза цикла), при этом второе слагаемое представлено анергией, т.е. теплотой при температуре окружающей среды То. Эксергия циклов Ландау превышает эксергию цикла Карно на величины Q0 и 2Q0 (см.выше), то есть повышение эффективности достигается за счёт использования анергии Q0.
|
В соответствии с методом циклов, циклы Ландау можно представить композитными и провести их декомпозицию с выделением цикла Карно и дополнительных циклов без изменения итоговой суммы эксергии. Декомпозиция показала, что цикл Ландау состоит из цикла Карно Æ1 и монотермического цикла Æ4 = 2 Qо, КПДт этого цикла: η4 = 2Qо/Qо = 2. Цикл Æ4 назовём циклом бестопливного эксергетического насоса (Эксергетическая насосная установка – ЭНУ), по аналогии с тепловым насосом ТН. При этом монотермический цикл не тождественен изотермическому [32]. Значение η4 = 2Qо/Qо = 2 отражает традицию сравнения эффективности любых циклов с эффективностью прямого цикла Карно. Если обозначить эффективность η'4 = 1, это уравняло по эффективности эндотермический и экзотермический циклы, чего нет на самом деле.
Холодильный цикл Ландау состоит из цикла Карно Æ1 и монотермического цикла: Æ5 = 2Qо + (– Qо) = Qо. Монотермический цикл Æ5, производящий эксергию Æ5 = Qо с холодопроизводительностью - Qо, назван циклом эксергетической холодильной установки (ЭХУ), КПДт этого цикла η5 = Qо/Qо = 1.
Таким образом, согласно Ландау, в расширенной системе должны существовать три базовых независимых обратимых цикла ТМС: цикл Карно (ТД), цикл ЭНУ (эксергетический насос) и цикл ЭХУ (эксергетический холодильник), при этом циклы ЭХУ и ЭНУ имеют термический КПД больший, чем у цикла Карно (ТД) и используют анергию для получения эксергии (то есть, по сути, являются бестопливными). Этот парадоксальный вывод для современной теплоэнергетики вытекает из термодинамики Гиббса! Таким образом, постулаты Клаузиуса, Кельвина, Оствальда в присутствии метода Гиббса являются паралогизмами, так как основаны на частном цикле Карно, а метод Гиббса основан на обобщенном цикле Карно.
|
|
|
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!