Процессы обратимые и необратимые

Процесс, который можно привести в системе в обратном направлении так, чтобы система пришла в первоначальное состояние через те же промежуточные состояния, что и при прямом процессе, называется обратимым.

Равновесный процесс всегда обратимый.

Если процесс нельзя провести в обратном направлении через те же промежуточные состояния, то он называется необратимым. Например, передача тепла от горячего тела к холодному. Необратимые процессы всегда протекают естественным путем и всегда имеют одно и то же направление, приближающее систему к равновесному состоянию.

Хотя обратимые процессы являются абстракцией и в природе отсутствуют, однако исследования дают возможность указать, в каком направлении следует проводить процессы в реальных системах, чтобы получить наилучшие результаты.

Для доказательства этого положения и установления путей повышения КПД тепловой машины рассмотрим частный случай кругового процесса, носящий название цикла Карно.

Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов, чередующихся между собой (рис. 8)

р

2

4

w

Рис. 8

Начальное состояние газа характеризуется точкой 1. Цикл начинается изотермическим процессом расширения газа 1 – 2 при Т = Т мах, при котором газ получает количества тепла q₁. В точке 2 процесс подвода тепла прекращается и начинается процесс адиабатического расширения газа 2 – 3 (температура падает до Т мин). После окончания этого процесса происходит изотермическое сжатие газа по линии 3 – 4 при Т = Т мин с отводом тепла q₂ в холодильник. Возвращение газа из состояния 4 в первоначальное состояние происходит адиабатным сжатием газа по линии 4 – 1 с повышением температур до Т мах.

При завершении цикла совершается работа, изображенная площадью криволинейного четырехугольника 1 – 2 – 3 – 4 – 1. Поскольку газ возвращается в первоначальное состояние, его внутренняя энергия не изменилась, внешняя работа согласно I закона термодинамики будет равна

q₁ – q₂ = Aℓ

КПД такой тепловой машины - η_t будет

Можно показать, что КПД обратимости цикла Карно для идеального газа зависит только от температур источника тепла и холодильника.

Действительно, для изотермических процессов имеем

процесс 1 – 2

процесс 3 – 4

Отношения равны по формулам адиабат 2 – 3 и 4 – 1

Имеем но Т₂ = Т₁ и Т₃ = Т₄

Окончательно имеем

и

Для необратимого процесса цикла Карно КПД будет меньше, чем для обратимого цикла Карно, поскольку работа на расширение получается меньше, а работа на сжатие больше, т.е.

q_1необ > q_1обр а q_2необ > q_2обр

Тогда η_необ < η_обр. или

3. ОБЩАЯ ПИРОСТАТИКА

Основные зависимости и законы образования газов при горении пороха в постоянном объеме.

Пиростатика изучает горение пороха в постоянном объеме, она является одним из разделов внутренней баллистики. Горение пороха здесь изучается в простейших статических условиях, когда исключено движение снаряда, отсутствует изменение объема и газы не совершают внешних механических работ. На основе экспериментального изучения развития давления газов при сгорании пороха в постоянном объеме и пиростатике создается теория горения пороха, и устанавливаются законы образования газов, содержащих ту энергию, которая расходуется на совершение различных внешних работ. При этом исследуется влияние физико-химической природы пороха, баллистические характеристики и условия заряжения на развитие и режим давления газов, которое само является важнейшим фактором, влияющим на быстроту образования газов.

В пиростатике дается методика баллистического анализа порохов, т.е. методика определения баллистических характеристик пороха. Зная баллистические характеристики пороха и закон его горения в постоянном объеме при определенном режиме давления, можно учесть закон образования и развития давления и в усложненных условиях выстрела, когда имеет место движение снаряда (пиродинамика), изменение объемов и газы совершают внешние работы.

Таким образом, пиростатика дает запас сведений и основных данных, необходимых для понимания и изучения более сложных явлений, происходящих при выстреле условно.

Необходимо помнить, что горение порохового заряда при выстреле значительно отличается от горения пороха в статических условиях. Большой градиент давления по объему заснарядного пространства, течение газов, которое также изменяет условия горения пороха, изменяются и условия передачи тепла стенкам сосуда (ствол, а не манометрическая бомба). Поэтому результаты, полученные в статических условиях (в манометрической бомбе) обязательно необходимо корректировать для их использования при выстреле. Более того, для каждого типа орудия коэффициенты согласования будут индивидуальными.