Взаимные преобразования активностей движения.
Согласно закону сохранения заряда, количество любого данного движения остается в природе неизменным. В процессе 1-2-1 суммарный заряд окружающей среды не меняется. Это значит, что равенство (776) нельзя трактовать как взаимное преобразование различных форм движения.
Понять смысл происходящего можно, если привлечь уравнение (174)
U = (1/2)Р1Е1 + (1/2)Р2Е2 дж.
Согласно этому уравнению, при постоянных Е1, Е2 и U в окружающей среде может происходить только взаимное преобразование активностей движения Р1 и Р2. Например, активность (потенциал) Р1 может возрасти за счет уменьшения активности (потенциала) Р2 и наоборот. Чтобы лучше осмыслить этот результат, перепишем равенство (776) в виде
DР1 DЕ1 = - DР2 DЕ2 дж. (777)
Это равенство говорит о том, что в окружающей среде произошло «расслоение» движения: часть первого заряда в количестве DЕ1 перешла с нижнего уровня потенциала Р1ср ’ на верхний Р1ср ” за счет того, что часть второго заряда в количестве DЕ2 перешла с верхнего уровня потенциала Р2ср ’ на нижний Р2ср ”, причем
DР1 = Р1ср ” - Р1ср ’; (778)
DР2 = Р2ср ” – Р2ср ’. (779)
|
|
|
Так происходят взаимные преобразования активностей различных форм движения. Теперь должно быть до конца ясно, почему неправильно говорить о взаимных преобразованиях самих форм движения. Формы движения определяются зарядами и, согласно закону сохранения заряда, не могут превращаться одна в другую. Исключение касается только термического движения, о котором уже говорилось достаточно.
Заметим, что использовать систему с несколькими степенями свободы для длительного преобразования активностей движения в непрерывном (не круговом) процессе невозможно. Нельзя, например, долго получать работу от газа, который нагревается в цилиндре с поршнем. При односторонне направленном процессе рано или поздно цилиндр расплавится или поршень выдвинется за его пределы.
Все сказанное относится к любой системе, имеющей две или больше степеней свободы.
Необходимо отметить, что выражение (777) напоминает уравнение закона диссипации.
Обобщенный цикл Карно.
Наивыгоднейший цикл, с помощью которого активность данной формы движения можно превратить в активность любой другой, изображается на диаграмме Е-Р в виде прямоугольника (рис. 38). Такой же вид имеет известный цикл Карно, построенный им для теплового двигателя. Поэтому цикл, изображенный на рис. 38, будем именовать обобщенным циклом Карно.
|
|
|
Обобщенный цикл Карно состоит из двух процессов 1-2 и 3-4, протекающих при постоянных значениях потенциала, и двух процессов 2-3 и 4-1, происходящих при постоянном заряде. Весь процесс осуществляется в направлении 1-2-3-4-1. Состояние системы изменяется в интервале первого потенциала
DР = Р’ – Р” (780)
благодаря подводу или отводу второго заряда.
В процессе 1-2 окружающая среда совершает над системой работу
Q’ = Р‘ DЕ дж; (781)
в процессе 3-4 система совершает над окружающей средой работу
Q ” = Р ” DЕ дж (782)
Разность работ
Q = Q’ – Q ” дж (783)
|
|
|
идет на превращение активности данной формы движения в активность другой и может быть полезно использована в окружающей среде.
 |
Рис. 38. Схема обобщенного (прямоугольного) цикла Карно.
Коэффициент полезного действия (КПД) цикла
h = Q/Q’ = (Q’ – Q ”)/Q = 1 – (Q ”/Q ’) = 1 – (Р ”/Р ’). (784)
КПД обобщенного цикла Карно зависит от потенциалов верхнего и нижнего источников заряда. КПД может быть равен единице при Р ” = 0 или Р ’ ® ¥. В заданном интервале DР прямоугольный цикл является самым эффективным (наивыгоднейшим) среди всех других.
Если заряды переносятся с трением (необратимо), то КПД цикла уменьшается. Более подробно об этом говорится в работе [5].
Полезная работа Q на рис. 38 заштрихована. В круговом процессе 1-2-3-4-1 первый заряд в количестве DЕ опускается с уровня Р ’ на уровень Р ”. За этот счет количество второго заряда поднимается с низкого уровня второго потенциала на более высокий.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 149; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!