Promlebedka.ru

Авто ДРайв
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В процессе работы теплового двигателя его рабочее тело

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам:

При изохорном процессе объем газа не меняется и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии равно количеству переданной теплоты:

При изотермическом процессе внутренняя энергия идеального газа не меняется. Все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы:

При изобарном процессе передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение работы при постоянном давлении.

Второй закон термодинамики

Первый закон термодинамики — это закон сохранения энергии для тепловых процессов. Этот закон подтверждает невозможность создания вечного двигателя первого рода. Однако этот закон не определяет, в каком направлении протекают тепловые процессы. Например, приведем в соприкосновение друг с другом два тела с разными температурами. Через некоторый промежуток времени между ними установится тепловое равновесие, то есть выполняется первый закон термодинамики — какое количество теплоты отдаст более горячее тело, такое же количество теплоты получит более холоднее тело. Если бы этот процесс произошел наоборот, то есть холодное тело самопроизвольно (без внешнего вмешательства) передало бы количество теплоты горячему телу, то первый закон термодинамики также бы выполнялся. Однако ни один из экспериментов, проводимых учеными в течение веков, не установил протекание этого процесса самопроизвольно.

Другими словами, процесс теплопередачи в термодинамической системе, имеющий конечное значение разности изменения температур, необратим. Эта идея, сформулированная немецким ученым Р.Клаузиусом (1822-1888) в 1850 году, лежит в основе второго закона термодинамики:

Невозможен процесс, результатом которого является только самопроизвольный переход количества теплоты от холодного тела к теплому. Тепловая энергия самопроизвольно может передаваться только в направлении теплового равновесия, то есть от теплого тела к холодному.

Второй закон термодинамики определяет закономерность направления термодинамического процесса. Он показывает, что процесс передачи тепла от холодного тела к теплому не может протекать самопроизвольно, этот процесс можно реализовать в результате совершения работы.

В дальнейших исследованиях было определено, что не только тепловые процессы, но и вообщем, все естественные процессы, происходящие в природе, необратимы.

Необратимый процесс — это процесс, самопроизвольное протекание которого в противоположном направлении невозможно.

Принцип работы теплового двигателя

Принцип работы тепловых машин основан на применении второго закона термодинамики и составляет его научную основу.

Тепловая машина — это термодинамическая система, выполняющая циклический процесс (совершающая механическую работу), передавая количество теплоты от одного тела другому.

Тепловые машины бывают двух видов: тепловые двигатели и холодильные установки.

Тепловым двигателем называется установка, преобразующая внутреннюю энергию различного вида топлива в механическую энергию.

Независимо от особенностей строения, все тепловые двигатели состоят из трех основных частей:

  1. Нагреватель — это часть двигателя, сохраняющая постоянную высокую температуру
  2. Рабочее тело — это газ или пар, совершающий механическую работу в результате расширения-сжатия.
  3. Холодильник — это часть двигателя с температурой

Принципиальная схема работы теплового двигателя следующая: рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты отдает холодильнику количество теплоты и за один цикл совершается полезная работа (c):

Читать еще:  Что надо сделать чтобы изменить направление вращения двигателя

Для непрерывной работы теплового двигателя процесс, происходящий в двигателе, должен быть циклическим. С этой целью двигатель регулируется, так, чтобы рабочее тело (газ), вначале расширившись после получения количества теплоты, толкает поршень в цилиндре и совершает работу над ним, а затем, сжимаясь, возвращается в первоначальное состояние. После этого газ снова расширяется, и процесс циклически повторяется (трение подвижных частей двигателя и теплообмен с окружающей средой сводится до минимума) (см.: с).

В 1851 году английский ученый Уильям (Кельвин) Томсон (1824-1907), изучив принцип работы теплового двигателя, дал новое прочтение II закона термодинамики:

Тепловой двигатель, выполняющий циклический процесс, без холодильника работать не может.

Действительно, количество теплоты полученное от нагревателя, затрачивается на совершение полезной работы в двигателе не полностью, на это уходит только его определенная часть, остальная же его часть — количество теплоты передается холодильнику. Характеристика, определяющая, какая часть количества теплоты, полученного от нагревателя, затрачивается на совершение полезной работы, называется коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя.

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют отношение совершенной им полезной работы к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Невозможность работы теплового двигателя без холодильника приводит к тому, что их КПД всегда меньше 100%. Это значит, что II закон термодинамики подтверждает невозможность создания вечного двигателя второго рода (регреtuum mobile II):

Вечный двигатель второго рода (регреtuum mobile II) — это двигатель, превращающий полностью количество теплоты, полученное от нагревателя, в полезную работу.

В 1824 году французский инженер Сади Карно (1796-1832) разработал теорию принципа работы идеального теплового двигателя (двигатель, принцип работы которого подчиняется газовым законам). По этой теории, максимальное КПД идеального теплового двигателя зависит только от абсолютных температур нагревателя и холодильника:

Из выражения (7.29) видно, что для увеличения КПД двигателя необходимо повышение температуры нагревателя и понижения температуры холодильника.

Циклический процесс, реализуемый идеальным тепловым двигателем, состоит из двух изотерм и двух адиабат и называется циклом Карно (d). Для тепловых двигателей этот цикл называется прямым циклом.

Принцип работы холодильных установок

Для работы двигателя в режиме холодильной установки должен выполняться процесс, обратный циклу Карно — обратный цикл (е).

Из схемы превращения энергии в холодильной установке видно, что рабочее тело, расширяясь, получает от холодильной камеры определенное количество теплоты В это время внешние силы, совершая работу сжимают рабочее тело, в результате оно передает нагревателю определенное количество теплоты (f):

Таким образом, процесс передачи количества теплоты от холодного тела к теплому в термодинамической системе происходит не самостоятельно, а в результате совершения работы внешними силами.

Читать еще:  Что можно поставит за двигатель на ваз 2114

Важной характеристикой холодильной установки является коэффициент охлаждения.

Коэффициентом охлаждения холодильной установки называют отношение количества теплоты, полученного от холодильника, к работе, совершенной внешними силами (например, электродвигателем):

Коэффициент охлаждения идеальной холодильной установки:

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Есть много сайтов, на которых можно узнать КПД в World of Tanks. Например:

  • . Самый известный сайт расчёта рейтинга эффективности. Работает уже достаточно долго, поэтому сыскал популярность и доверие со стороны игроков. Чтобы узнать КПД, нужно ввести свой никнейм и нажать «Загрузить данные».
  • . Сайт тоже популярный и также имеет свою систему расчёта рейтинга эффективности. На нём тоже нужно ввести свой никнейм и нажать на кнопку «Определить». Рейтинг эффективности будет внизу таблицы под процентом побед.
  • . Сайт известен своим «НубоРейтингом», сигнатурой (изображением для подписи на форумах), которая обновляется для каждого игрока. На ней можно увидеть основные характеристики расчёта, в том числе КПД, о которых было сказано выше.

Как узнать КПД в танках, который считается стандартным среди игроков? Это РЭ — рейтинг эффективности (снова не путайте его с тем, что в «Достижениях»). Он показывается на других сайтах и в моде XVM (хотя там можно выбрать, какой рейтинг следует отображать).

О топливной эффективности дизеля

ИЗ более высокого значения коэффициента полезного действия – следует и топливная эффективность. Так, например двигатель 1,6 литра может расходовать по городу всего 3 – 5 литров, в отличие от бензинового типа, где расход 7 – 12 литров. У дизеля намного , сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению , есть прямая зависимость КПД и сжатия, смотрим небольшую табличку.

Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.

Как становится понятно, КПД двигателя внутреннего сгорания далек от идеала, поэтому будущее однозначно за электрическими вариантами – осталось только найти эффективные аккумуляторы, которые не боятся мороза и долго держат заряд.

Чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Во всех тепловых двигателях эта разность давлений достигается за счет повышения температуры рабочего тела на сотни градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.

Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ (см. § 3.11), который совершает работу при расширении. Обозначим начальную температуру рабочего тела (газа) через Т 1 . Эту температуру в паровых турбинах или машинах приобретает пар в паровом котле. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри самого двигателя. Температуру Т 1 называют температурой нагревателя.

Читать еще:  Вибрация двигателя на холостых передается на кузов бмв

Принцип действия тепловых двигателей КПД

Произведем подстановку ( 6 ) , ( 7 ) в определение КПД теплового двигателя и получаем:

η = T n ( S 2 — S 1 ) + T c h ( S 1 — S 2 ) T n ( S 2 — S 1 ) = T n — T c h T n ( 8 ) .

В выведенном выражении ( 8 ) не выполнялось предположений о свойствах рабочего тела и устройстве теплового двигателя.

По уравнению ( 8 ) видно, что для увеличения КПД следует повышать T n и понижать T c h . Достижение значения абсолютного нуля невозможно, поэтому единственное решение для роста КПД – увеличение T n .

Задача по созданию теплового двигателя, совершающего работу без холодильника, очень интересна. В физике она получила название вечного двигателя второго рода. Такая задача не находится в противоречии с первым законом термодинамики. Данная проблема считается неразрешимой, как и создание вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт в термодинамике приняли в качестве постулата – второго начала термодинамики.

Рассчитать КПД теплового двигателя с температурой нагревания 100 ° С и температурой холодильника, равной 0 ° С . Считать тепловую машину идеальной.

Необходимо применение выражения для КПД теплового двигателя, которое записывается как:

η = T n — T c h T n .

Используя систему С И , получим:

T n + 100 ° C + 273 = 373 ( К ) . T c h = 0 ° C + 273 = 273 ( К ) .

Подставляем числовые значения и вычисляем:

η = 373 — 273 373 = 0 , 27 = 27 % .

Ответ: КПД теплового двигателя равняется 27 % .

Найти КПД цикла, представленного на рисунке 2 , если в его пределах объем идеального газа проходит изменения n раз. Считать рабочим веществом газ с показателем адиабаты γ .

Основная формула для вычисления КПД, необходимая для решения данной задачи:

η = Q n — Q ‘ n Q n ( 2 . 1 ) .

Получения тепла газом происходит во время процесса 1 — 2 Q 12 = Q n :

Q 12 = ∆ U 12 + A 12 ( 2 . 2 ) , где A 12 = 0 потому как является изохорным процессом. Отсюда следует:

Q 12 = ∆ U 12 = i 2 R T 2 — T 1 ( 2 . 3 ) .

Процесс, когда газ отдает тепло, обозначается как 3 — 4 , считается изохорным — Q 34 = Q ‘ c h . Формула примет вид:

Q 34 = ∆ U 34 = i 2 v R T 4 — T 3 ( 2 . 4 ) .

Адиабатные процессы проходят без подвода и отвода тепла.

Произведем подстановку полученных количеств теплоты в выражение для КПД, тогда:

η = i 2 v R T 2 — T 1 + i 2 v R T 4 — T 3 i 2 v R T 2 — T 1 = T 2 — T 1 + T 4 — T 3 T 2 — T 1 = 1 — T 3 — T 4 T 2 — T 1 ( 2 . 5 ) .

Следует применить уравнение для адиабаты процессу 2 — 3 :

T 2 V 1 γ — 1 = T 3 V 2 γ — 1 → T 2 = T 3 V 2 γ — 1 V 1 γ — 1 = T 3 n γ — 1 ( 2 . 6 ) .

Используем выражение для адиабаты процесса 4 — 1 :

T 1 V 1 γ — 1 = T 3 V 2 γ — 1 → T 1 = T 4 V 2 γ — 1 V 1 γ — 1 = T 4 n γ — 1 ( 2 . 7 ) .

Перейдем к нахождению разности температур T 2 — T 1 :

T 2 — T 1 = T 3 — T 4 n Г — 1 ( 2 . 8 ) .

Произведем подстановку из ( 2 . 8 ) в ( 2 . 5 ) :

η = 1 — T 3 — T 4 T 3 — T 4 n γ — 1 = 1 — 1 n γ — 1 = 1 — n 1 — γ ( 2 . 9 ) .

Ответ: КПД цикла равняется η = 1 — n 1 — Г .

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector