Что ведет к увеличению кпд идеального теплового двигателя - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что ведет к увеличению кпд идеального теплового двигателя

Тепловые двигатели. Термодинамические циклы. Цикл Карно

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии. Эти тела называются тепловыми резервуарами.

Как следует из первого закона термодинамики, полученное газом количество теплоты Q полностью превращается в работу A при изотермическом процессе, при котором внутренняя энергия остается неизменной (ΔU = 0):

Но такой однократный акт преобразования теплоты в работу не представляет интереса для техники. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние. Круговые процессы изображаются на диаграмме (p, V) газообразного рабочего тела с помощью замкнутых кривых (рис. 3.11.1). При расширении газ совершает положительную работу A1, равную площади под кривой abc, при сжатии газ совершает отрицательную работу A2, равную по модулю площади под кривой cda. Полная работа за цикл A = A1 + A2 на диаграмме (p, V) равна площади цикла. Работа A положительна, если цикл обходится по часовой стрелке, и A отрицательна, если цикл обходится в противоположном направлении.

Круговой процесс на диаграмме (p, V). abc – кривая расширения, cda – кривая сжатия. Работа A в круговом процессе равна площади фигуры abcd

Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их невозможно провести, приводя рабочее тело в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Их нужно, по крайней мере, два. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой – холодильником. Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q1 > 0 и отдает холодильнику количество теплоты Q2 0, A > 0, Q2 T2

В двигателях, применяемых в технике, используются различные круговые процессы. На рис. 3.11.3 изображены циклы, используемые в бензиновом карбюраторном и в дизельном двигателях. В обоих случаях рабочим телом является смесь паров бензина или дизельного топлива с воздухом. Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изохор (1–2, 3–4) и двух адиабат (2–3, 4–1). Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, состоящему из двух адиабат (1–2, 3–4), одной изобары (2–3) и одной изохоры (4–1). Реальный коэффициент полезного действия у карбюраторного двигателя порядка 30 %, у дизельного двигателя – порядка 40 %.

Циклы карбюраторного двигателя внутреннего сгорания (1) и дизельного двигателя (2)

В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, который сыграл важную роль в развитии учения о тепловых процессах. Он называется циклом Карно (рис. 3.11.4).

Цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем. На изотермическом участке (1–2) газ приводится в тепловой контакт с горячим тепловым резервуаром (нагревателем), имеющим температуру T1. Газ изотермически расширяется, совершая работу A12, при этом к газу подводится некоторое количество теплоты Q1 = A12. Далее на адиабатическом участке (2–3) газ помещается в адиабатическую оболочку и продолжает расширяться в отсутствие теплообмена. На этом участке газ совершает работу A23 > 0. Температура газа при адиабатическом расширении падает до значения T2. На следующем изотермическом участке (3–4) газ приводится в тепловой контакт с холодным тепловым резервуаром (холодильником) при температуре T2 0, T1 > T2

Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла |Q2| от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником. Эффективность работы холодильника можно охарактеризовать отношением

Читать еще:  642 двигатель мерседес как снять впускные коллектора

т. е. эффективность работы холодильника – это количество тепла, отбираемого от охлаждаемых тел на 1 джоуль затраченной работы. При таком определении βх может быть и больше, и меньше единицы. Для обращенного цикла Карно

Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла |Q1| нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом. Эффективность βТ теплового насоса может быть определена как отношение

т. е. количеством теплоты, передаваемым более теплым телам на 1 джоуль затраченной работы. Из первого закона термодинамики следует:

следовательно, βТ всегда больше единицы. Для обращенного цикла Карно

Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей. 10 класс

Просмотр содержимого документа
«Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей. 10 класс»

Теплоэнергетика — это отрасль народного хозяйства, связанная с использованием внутренней энергии топлива.

Тепловой двигатель — устройство, совершающее механическую работу за счёт внутренней энергии топлива.

Нагреватель

Рабочее тело

Холодильник

Рабочее тело двигателя — материальное тело, расширяющееся при подводе к нему теплоты

и сжимающееся при охлаждении и выполняющее работу по перемещению рабочего органа машины.

Нагреватель

Рабочее тело

Холодильник

Двигатель внутреннего сгорания

Конденсатор

Двигатель внутреннего сгорания

Паровая турбина

Окружающая среда

Холодильник

Нагреватель

Рабочее тело

Так как тепло не может возвращаться

к нагревателю, то часть внутренней энергии теряется и не может превратиться

в полезную работу.

Согласно закону сохранения энергии работа , совершаемая двигателем, равна разности количества теплоты, полученной от нагревателя,

и количества теплоты, отданной холодильнику.

Коэффициентом полезного действия (КПД ) теплового двигателя называют отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя.

У всех двигателей некоторое количество теплоты передается холодильнику.

Их коэффициент полезного действия всегда меньше единицы.

КПД теплового двигателя пропорционален разности температур нагревателя

При одинаковой температуре нагревателя

и холодильника двигатель не может работать.

Предложил модель идеального теплового двигателя.

Рабочим телом в нём служит идеальный газ.

1796–1832 гг.

График зависимости давления от объёма в идеальном тепловом двигателе (цикл Карно).

Коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя всегда меньше единицы, даже если устранены все потери энергии.

Тепловой двигатель тем эффективнее,

чем выше температура нагревателя

и ниже температура холодильника.

Тепловой двигатель тем эффективнее,

чем выше температура нагревателя

и ниже температура холодильника.

Тепловой двигатель тем эффективнее,

чем выше температура нагревателя

и ниже температура холодильника.

Совершенствуя двигатели, их КПД стремятся приблизить к коэффициенту полезного действия идеального двигателя Карно.

Для повышения КПД теплового двигателя стремятся повысить температуру нагревателя и понизить температуру холодильника.

Для повышения КПД теплового двигателя

стремятся повысить температуру нагревателя и понизить температуру холодильника.

Любое вещество обладает ограниченной теплостойкостью и жаропрочностью.

При нагревании вещество постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

При нагревании вещество постепенно утрачивает свои упругие свойства,

а при достаточно высокой температуре плавится.

Материалы должны обладать высокой механической прочностью.

Реальные возможности для повышения КПД двигателя всё еще остаются большими.

Максимально возможный коэффициент полезного действия тепловых двигателей равен отношению разности температур

на поверхностях лопастей турбины

или поршней к абсолютной температуре нагревателя.

КПД теплового двигателя может быть:

А. больше 100% В. меньше 100%
Б. равен 100% Г. всегда 50%

Больше или равным 100% он не может быть. Двигатель с КПД 50% никому не нужен
Значит остаётся «В»

Читать еще:  Что делать если попала вода в двигатель дизель

Другие вопросы из категории

, массы сами придумайте =) Пожалуйста =) Очень важно =)) Если не сделаю — то мне конец =)

Читайте также

движение Земли вокруг Солнца
падение мяча на землю
нагревание воды в чайнике
притяжение магнитом иголки
2)Температура тела зависит от:
размеров тела
скорости движения молекул
скорости движения тела
положения тела относительно Земли
3)Книгу переместили с нижней полки на верхнюю, её внутренняя энергия:
изменилась
не изменилась
превратилась в кинетическую
книга не обладает внутренней энергией
4)Теплопередача — это:
изменение внутренней энергии при совершении работы над телом
изменение внутренней энергии при совершении работы самим телом
изменение внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом
явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой
5)Установите соответствие между физическими величинами и единицами их измерения.
количество теплоты
удельная теплоёмкость
удельная теплота сгорания
Дж/кг
Дж
Дж/(кг • °С)
6)Агрегатное состояние вещества определяется:
только расположением молекул
характером движения и взаимодействия молекул
расположением молекул, характером движения и взаимодействия молекул
7)Влажность воздуха характеризуется:
плотностью водяного пара, содержащегося в воздухе
температурой, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным
температурой, при которой жидкость начинает кипеть
температурой, при которой тело начинает плавиться
8)Установите соответствие между физическими величинами и их обозначением.
удельная теплота плавления
относительная влажность воздуха
удельная теплота парообразования
коэффициент полезного действия
φ
λ
η
L
9)КПД теплового двигателя может быть:
больше 100% Б. равен 100%
меньше 100% Г. всегда 50%

означает полученный результат? 2задача.КПД теплового двигателя 30%. Рабочее тело получало от нагревателя 5 кДж теплоты. Рассчитайте работу,совершённую рабочим телом. 3задача.КПД теплового двигателя 40%. Газ получил от нагревателя 5 кДж теплоты. Какое количество теплоты отдано холодильнику?

15 кДж. Найдите работу, совершённую двигателем, и его

Нагреватель за некоторое время отдаёт тепловому двигателю количество теплоты, равное 120 кДж. Тепловой двигатель совершает при этом полезную работу 30 кДж. Определите КПД теплового двигателя. ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА:)

количество теплоты 60 Дж.Определите КПД теплового двигателя.

олодильнику количество теплоты , равное 1,14 кДж. определите :
1) КПД теплового двигателя
2)количество теплоты , полученное холодильником от рабочего тела
3)совершенную тепловым двигателем работы за один цикл

§ 82. Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей (окончание)

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя. Невозможность полного превращения внутренней энергии газа в работу тепловых двигателей обусловлена необратимостью процессов в природе. Если бы тепло могло самопроизвольно возвращаться от холодильника к нагревателю, то внутренняя энергия могла бы быть полностью превращена в полезную работу с помощью любого теплового двигателя. Второй закон термодинамики может быть сформулирован следующим образом:

Согласно закону сохранения энергии работа, совершаемая двигателем, равна:

где Q1 — количество теплоты, полученной от нагревателя, a Q2 — количество теплоты, отданной холодильнику.

Запомни
Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют отношение работы А’, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя:

Так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передаётся холодильнику, то η Важно
Главное значение этой формулы состоит в том, что в ней указан путь увеличения КПД, для этого надо повышать температуру нагревателя или понижать температуру холодильника.

Формула (13.17) даёт теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем больше разность температур нагревателя и холодильника.

Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1. Кроме этого доказано, что КПД, рассчитанный по формуле (13.17), не зависит от рабочего вещества.

Но температура холодильника, роль которого обычно играет атмосфера, практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твёрдое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

Читать еще:  Чип тюнинг двигателя уаз патриот 2017 модельного года

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счёт уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д.

Охрана окружающей среды. Трудно представить современный мир без тепловых двигателей. Именно они обеспечивают нам комфортную жизнь. Тепловые двигатели приводят в движение транспорт. Около 80 % электроэнергии, несмотря на наличие атомных станций, вырабатывается с помощью тепловых двигателей.

Однако при работе тепловых двигателей происходит неизбежное загрязнение окружающей среды. В этом заключается противоречие: с одной стороны, человечеству с каждым годом необходимо всё больше энергии, основная часть которой получается за счёт сгорания топлива, с другой стороны, процессы сгорания неизбежно сопровождаются загрязнением окружающей среды.

При сгорании топлива происходит уменьшение содержания кислорода в атмосфере. Кроме этого, сами продукты сгорания образуют химические соединения, вредные для живых организмов. Загрязнение происходит не только на земле, но и в воздухе, так как любой полёт самолёта сопровождается выбросами вредных примесей в атмосферу.

Одним из следствий работы двигателей является образование углекислого газа, который поглощает инфракрасное излучение поверхности Земли, что приводит к повышению температуры атмосферы. Это так называемый парниковый эффект. Измерения показывают, что температура атмосферы за год повышается на 0,05 °С. Такое непрерывное повышение температуры может вызвать таяние льдов, что, в свою очередь, приведёт к изменению уровня воды в океанах, т. е. к затоплению материков.

Отметим ещё один отрицательный момент при использовании тепловых двигателей. Так, иногда для охлаждения двигателей используется вода из рек и озёр. Нагретая вода затем возвращается обратно. Рост температуры в водоёмах нарушает природное равновесие, это явление называют тепловым загрязнением.

Для охраны окружающей среды широко используются различные очистительные фильтры, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ, совершенствуются конструкции двигателей. Идёт непрерывное усовершенствование топлива, дающего при сгорании меньше вредных веществ, а также технологии его сжигания. Активно разрабатываются альтернативные источники энергии, использующие ветер, солнечное излучение, энергию ядра. Уже выпускаются электромобили и автомобили, работающие на солнечной энергии.

Вопросы к параграфу

1. Какое устройство называют тепловым двигателем?

2. Какова роль нагревателя, холодильника и рабочего тела в тепловом двигателе?

3. Что называется коэффициентом полезного действия двигателя?

4. Чему равно максимальное значение коэффициента полезного действия теплового двигателя?

Образцы заданий ЕГЭ

A1. Тепловая машина

1) совершает механическую работу по увеличению внутренней энергии тела
2) производит тепло
3) совершает механическую работу за счёт подводимого количества теплоты
4) производит электроэнергию за счёт совершения работы

A2. Рабочее тело тепловой машины получило количество теплоты, равное 70 кДж. При этом холодильнику передано количество теплоты, равное 52,5 кДж. КПД такой машины

1) 1,7 % 2) 17,5 % 3) 25 % 4) >100 %

A3. Чему равен коэффициент полезного действия паровой турбины, если полученное ею количество теплоты равно 1000 МДж, а полезная работа составляет 400 МДж?

1) 4 % 2) 25 % 3) 40 % 4) 60 %

A4. Тепловая машина за цикл получает от нагревателя 50 Дж и совершает полезную работу, равную 100 Дж. Чему равен КПД тепловой машины?

1) 200 % 2) 67 % 3) 50 % 4) такая машина невозможна

A5. Горячий пар поступает в турбину при температуре 500 °С, а выходит из неё при температуре 30 °С. Чему равен КПД турбины? Паровую турбину считайте идеальной тепловой машиной.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector