Основные законы преобразования тепла в работу

Одним из важнейших технико-экономических критериев для сравнения эффективности различных методов преобразования энергии служит коэффициент полезного действия (КПД), обо­значаемый греческой буквой п («эта»), равный количеству совер­шенной полезной работы W, отнесенной к полному количеству затраченной энергии Q:

П = W/Q. (3.1)

Величина КПД показывает, какая часть затраченной в энергети­ческой установке энергии превратилась в полезную работу. Если энергия W, отпускаемая потребителю, задана, то чем выше КПД установки п, тем меньше расходуется топлива (меньше Q) и мень­ше тепловое загрязнение окружающей среды.

В предыдущем разделе отмечено, что для экономии топлива и снижения экологических проблем целесообразно повышать КПД энергоустановок. В процессе решения этой важной экономической задачи - повышения КПД - родилась в XIX в. наука термодина­мика [3.2] - [3.5]. Предметом изучения термодинамики являются закономерности превращения (преобразования) различных видов энергии. Одним из центральных понятий термодинамики является внутренняя энергия тел U, которая определяется как энергия всех форм движения составляющих тело частиц относительно его цен­тра инерции. Взаимодействие тела с окружающей средой сопрово­ждается изменением энергии как самого тела, так и окружающей среды. Различают три способа энергообмена взаимодействующих тел (термодинамических систем): 1) совершение работы за счет силового взаимодействия между телом (термодинамической систе­мой) и средой, 2) теплообмен, выравнивающий температуры тела и среды (т.е. выравнивающий средние энергии движения частиц, составляющих тело и среду), и 3) массоперенос или обмен вещест­вом. Два последних способа энергообмена подробно рассматрива­ются в курсах теории тепло- и массообмена В основу термодинамики положены два основных закона (или начала), установленных опытным, весьма драматичным и поучи­тельным путем. Первый закон термодинамики представляет со­бой количественное выражение закона сохранения и превращения энергии. Второй закон термодинамики характеризует качест­венную сторону процессов преобразования энергии, указывая воз­можность (или направление) протекания процесса.