Тепловой насос по сути--холодильная машина, поэтому законы термодинамики не нарушает.
Запрещенная термодинамика.
"Иди и смотри."
Теорема.
1. Утверждение.
Обратный идеальный цикл Карно ( Брайтона) представляет из себя процесс , потенциально способный генеририровать неограниченное количество энергии.
2. Определение терминов.
Для начала опредилим термины в соотвествии с классической теорией технической термодинамики.
Полная и внутренняя энергия тела.
Полная энергия тела состоит из
---кинетической энергии макроскопического движения тела как целого Е.
--- потенциальной энергии П, обусловленной наличием внешних силовых полей (разности потенциалов, обусловленных наличием внешних силовых полей)
--- внутренней энергии U
Работа.
В термодинамике различают два вида работы :
--- работа системы, совершаемая над внешними телами А штрих
--- работа внешних тел над системой А.
Эти работы численно равны и противоположны по знаку
A = - A штрих
Работа расширения идеального газа -- это та работа, которая , которую совершает наз против внешнего давления
Элементарная работа расширения: dА = PdV
При расширении газа, им совершается положительная работа против внешних сил.
При сжатии газа , внешние силы совершают отрицательную работу (затрачиваемые усилия).
Теплота. Q
Классическое определение.
Теплотой называется форма передачи энергии, при которой осуществляется непосредственный обмен энергии между взаимодействующими телами.
Теплота и работа -- это две различные формы передачи энергии, но не сама энергия.
Правильней говорить не о "совершаемой работе" или о "сообщаемом количестве теплоты", а об энергии переданной в той или иной форме, либо в виде работы, либо в виде теплоты.
Поэтому употребление выражения "запас теплоты в теле" является ошибочным. Ошибка состоит в смешении одного из видов энергии (внутренней энергии U) с формой ее передачи.
Теплота и работа являются качественно неравноценными формами передачи энергии.
В форме работы передается энергия упорядоченного движения.
В форме теплоты передается энергия хаотического движения микрочастиц тела. Если энергия передается в форме теплоты, то это увеличивает энергию хаотического теплового движения его частиц и непосредственно приводит только к увеличению внутренней энергии U.
( Прим. эти и все другие определения определения взяты из классики, из учебников для поступающих в ВУЗы. Вихревое упорядоченное движение микрочастиц в термодинамике не рассматривается вообще. Считается что рабочее тело НЕ может совершать внутреннюю упорядоченную (полезную) работу что является грубым невежеством, поскольку вихревое движение и есть тот случай, когда рабочее тело совершает "внутреннюю" полезную работу (вспомним здесь "теплый" перефирийный поток в вихревой трубке, котрому энергия передается от центрального "холодного" в форме теплоты, он имеет вектор и кинетическую энергию Е и стало быть способен совершать полезную работу! ),причем как увидим далее, случай не единственный )
Первое начало.
Закон сохранения энергии.
Для адиабатического процесса сжатия и расширения закон сохранения энергии записывается в формуле А= - dU.
Работа совершаемая над телом прямопропорциональна изменению его внутренней энергии.
Адиабатический процесс -- это процесс, протекающий в короткий промежуток времени, когда рабочее тело не обменивается (не успевает обменятся) теплотой с окуржающей средой.
Теперь, когда опредилились в терминах , приступаем непосредственно к доказательству.
3 Доказательство
Бытует устойчивое мнение что высокая эффективность теплового насоса (КПД как нагревателя, так и холодильника больше единицы) обязано отнятием энергии в форме теплоты из окружающей среды.
Докажем что это не так.
Рассмотрим воздушную тепловую машину , работающую по циклу холодильной машины Белла Колемана (по обратному циклу Брайтона) .
https://ru.wikipedia.org/wiki/Цикл_Брайтона
Этот обратный цикл в вузах практически не изучается, графика обратного цикла нет, для того чтобы понять нужно обходить график Брайтона в обратном порядке. Не нашла графика для Белла Колемана. Видимо сделано это умышленно дабы студенты не увидели чудовищную фальсификацию в науке:)
Рассмотрим процесс адиабатного сжатия. Это 4-3 на графике (при этом там нужно поменять векторы Q на противоположные на этом графике чтобы ясно увидить картину)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File … uselang=ru
Известно что удельная адиабатная работа сжатия 1 кг воздуха определяется выражением
А к (компрессора)= Ср(Т2-Т1)
где Ср -- теплоемкость воздуха при неизменном давлении. А Т1 и Т2 -- абсолютные температуры окружающей среды и сразу после сжатия (за компрессором)
Энергия полученная при сжатии воздуха в компрессоре и обычно отводимая по изобарному процессу из ресивера в окружающую среду по линии 3-2 может -- и должна !-- быть использована для получения дополнительной механической работы с помощью идеальной тепловой машины Карно, которая определяется по формуле
A штрих И.Т.М. Карно = Ср(Т2-Т3), где Т3 = абсолютной температуре сжатого воздуха после охлаждения, причем Т3 =Т1.
Очевидно что в идеальном случае (термодинамика рассматривает как идеальные, так и реальные циклы машин)
Ак=А штрих и.т.м. Карно.
и это находится в полном соответствии с законом сохранения энергии.
ОДНАКО
В рессивире у нас остается потенциальная энергия сжатого газа Е п, охлажденного до температуры окружающей среды! Вследствии возникновения разницы давлений в рессивере и в окружающей среде.
При изобарном процессе охлаждения, давление газа остается постоянным, изменяется только его объем. Это нужно помнить.
И эта Еп в рессивире может и должна быть использована для получения механической работы , совершаемой рабочим телом за счет расширения на турбине.
Известна что работа расширения газа на турбине:
Ат= Ср(Т3-Т4)
где Т4 -- полная температура воздуха за турбиной, а Т3, как сказано выше -- температура окружающей среды.
При этом, воздух охлаждается и у нас возникает искусственный холодильник, поскольку Т4 значительно меньше Т3.
Следовательно , адиабатный процесс сжатия воздуха является процессом генерирующим энергию.
ОДНАКО
Этот вновь возникший градиент температур (Т1-Т4) может и должен быть использован для получения дополнительной механической работы в идеальной машине Карно, где нагревателем является атмосферный воздух (до компрессора и после работы Т.М Карно 1., а холодильником -- воздух за турбиной. Это с блеском реализуется в двигателях Стирлинга на подводных лодках ВМС Швеции( где нагреватель -- забортная вода, а холодильник -- сжиженный кислород)
Работа идеальной машины Карно 2
А и.т.м. Карно 2 = Ср( Т1- Т4).
Объединение в одной установке теплового насоса, включающего в себя компрессор, турбину и теплообменники и идеальной тепловой машины Карно (1 и 2), работающей на разнице температур после сжатия (Т2) и после его расширения на турбине (Т4) позволяеь создать
генератор энергии
ИЗОЛИРОВАННЫЙ ПО ТЕПЛОТЕ ОТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ,
со следующим КПД
К = А и.т.м. Карно 1+ А и.т.м Карно 2 + А турбины / А компрессора.
После математических преобразований получаем КПД идеального цикла этого генератора = 3.
Что и требовалось доказать.
Маргарита Регина, 27 июня 2017 -го года от Р.Х.
Отредактировано Маргарита (27.06.2017 21:47:10)
