|
|
Цель наших исследований состоит в
том, чтобы оценить, какое количество солнечной энергии можно превратить в
работу, если использовать эту энергию для приведения в действие тепловой
машины.
Если снова обратиться к нашему простому циклу, то можно
сразу заметить, что ограничения, обусловленные вторым началом термодинамики,
снижают эффективность цикла. Тепловая энергия Qi поступает от источника, a Q2
— передается охладителю, который, имея низкую температуру, не может выполнять
функцию источника в следующем цикле. Если количество энергии Q2, составляющее
некоторую часть от Qi, безвозвратно теряется, то полезное количество энергии
равно Q1 — Q2 И, следовательно, коэффициент полезного действия (к. п. д.) ц
определится отношением полезной энергии ко всей затраченной, то есть
Необходимо еще раз подчеркнуть, что снижение эффективности
цикла заложено в самой сути вещей и не связано с недостатками механизмов,
используемых для его практической реализации. Тогда интересно узнать, каково,
с учетом указанных ограничений, наивысшее из возможных значение к. п. д.,
соответствующее наиболее «совершенной» машине. Установлено, что такая машина
должна обладать свойством обра- тимости. 38 помогает понять сущность этого
свойства. Если изображенной в левой части рисунка машине дать обратный ход,
то направления всех потоков энергии в ней изменятся на противоположные. В
этом случае машина будет приводиться в действие работой, а получаемая
тепловая энергия поступать от охладителя к источнику. Подобные процессы
осуществляются в рефрижераторе или тепловом насосе, которые мы рассмотрим
позднее. Нетрудно показать, что такая обратимая машина является самой
эффективной из всех возможных. Предположим, что в качестве привода для нашей
машины, работающей в обратимом режиме, используется еще более эффективная машина.
Для получения работы W эта сверхэффективная машина должна отбирать от
источника энергию Qi < Qi. Следовательно, отдаваемая в этом случае
охладителю энергия, равная Qi — W, также оказывается меньше, чем аналогичная
величина для обратимой машины. Тогда полная энергия, полученная от
охладителя, составляет Qi — Qi и энергия, отданная источнику, также равна Qi
— Q[; следовательно, обшее количество работы равно 0. Если бы нечто подобное
могло произойти, то это означало бы нарушение второго начала термодинамики в
формулировке Клаузиуса, то есть энергия Qi — Qi передавалась бы от холодного
тела к горячему без вмешательства извне. Отсюда следует вывод, что более
эффективной машины, чем обратимая, не может быть.
Поскольку наша идеальная машина ничем другим не
отличается, кроме того, что она обратимая, можно заключить, что все обратимые
машины, работающие между источником и охладителем, одинаково эффективны,
независимо от принципа их действия, рабочего вещества и т. п. От чего же
зависит к. п. д. идеальной машины? Другими параметрами, характеризующими
подобные системы, являются лишь температуры источника и охладителя,
следовательно, к. п. д. идеальной обратимой машины зависит лишь от их
величии.
|