Инструменты пользователя
subjects:physics:тепловые_машины
Различия
Здесь показаны различия между двумя версиями данной страницы.
| Предыдущая версия справа и слева Предыдущая версия Следующая версия | Предыдущая версия | ||
|
subjects:physics:тепловые_машины [2017/08/31 23:32] ¶ |
subjects:physics:тепловые_машины [2025/11/20 17:09] (текущий) ¶ [Примеры тепловых двигателей] |
||
|---|---|---|---|
| Строка 5: | Строка 5: | ||
| * [[Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)]] | * [[Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)]] | ||
| * [[Уравнения Менделеева-Клаперона]] | * [[Уравнения Менделеева-Клаперона]] | ||
| + | * [[Насыщенные и ненасыщенные пары]] | ||
| * [[Изотерма. Изобара. Изохора]] | * [[Изотерма. Изобара. Изохора]] | ||
| * [[I закон термодинамики]] | * [[I закон термодинамики]] | ||
| Строка 17: | Строка 18: | ||
| ===== Примеры тепловых двигателей ===== | ===== Примеры тепловых двигателей ===== | ||
| {{youtube>Yj6nh52Yb04?small}} | {{youtube>Yj6nh52Yb04?small}} | ||
| - | {{youtube>PCPpY2ASgtE?small}} | + | ++++Двигатель внутреннего сгорания|{{youtube>PCPpY2ASgtE?small}}++++ |
| + | ++++Двигатель Стирлинга| | ||
| + | * [[https://habr.com/ru/companies/beget/articles/966904/|Двигатели Стирлинга]] | ||
| + | {{youtube>bdqSAV5pDBI?7}} | ||
| + | |||
| + | ++++ | ||
| + | |||
| + | ++++☆Принцип работы дизельного двигателя☆|{{youtube>-DYgmzUIfC4?15}}++++ | ||
| + | ++++Бензиновый, или дизельный - что лучше? Сравнение двух типов двигателей|{{youtube>Ob5M0EVh9lo?15}}++++ | ||
| + | ++++Принцип работы турбореактивного двигателя| | ||
| + | * [[https://habr.com/ru/post/714120/|Как работает турбореактивный двигатель]] | ||
| + | {{youtube>qrNV_JQawJw?15}} | ||
| + | ++++ | ||
| ===== КПД тепловой машины ===== | ===== КПД тепловой машины ===== | ||
| Строка 23: | Строка 36: | ||
| Коэффициент полезного действия **любой** тепловой машины считается по формуле: | Коэффициент полезного действия **любой** тепловой машины считается по формуле: | ||
| - | $$\eta = \frac{A}{Q_{1}}=\frac{Q_{1}-|Q_{2}|}{Q_{1}} = 1 - \frac{|Q_{2}|}{Q_{1}}$$ | + | $$\eta_{real} = \frac{A}{Q_{1}}=\frac{Q_{1}-|Q_{2}|}{Q_{1}} = 1 - \frac{|Q_{2}|}{Q_{1}}$$ |
| **Для увеличения КПД**, при расширении или сжатии газа должны быть использованы процессы, позволяющие исключить уменьшение энергии горячего тела, которое происходило бы без совершения работы. Такие процессы существуют --- это **изотермический и адиабатный процесс**. | **Для увеличения КПД**, при расширении или сжатии газа должны быть использованы процессы, позволяющие исключить уменьшение энергии горячего тела, которое происходило бы без совершения работы. Такие процессы существуют --- это **изотермический и адиабатный процесс**. | ||
| Строка 33: | Строка 46: | ||
| {{ :subjects:physics:carnot_cycle.png? |Схема цикла Карно}} | {{ :subjects:physics:carnot_cycle.png? |Схема цикла Карно}} | ||
| - | ^Линия^ ^T^Q^Описание^ | + | |
| - | |1-2|Изотерма|$T=T_{1}$|$dQ_{1}$ \\ (нагревание)|От нагревателя поступает теплота $dQ_{1}$, газ под поршнем изотермически расширяется.| | + | **Прямой цикл Карно.** Исходным состоянием рабочего тела двигателя является состояние точки ''4''. На участке ''4—1'' цикла рабочее тело сжимается адиабатически, т. е. без потерь теплоты. В точке ''1'' к нему начинают изотермически подводить теплоту $Q_{1}$ от высокотемпературного источника, в результате чего рабочее тело расширяется по линии ''1—2''. На участке ''2—3'' расширение рабочего тела продолжается уже без подвода теплоты, т. е. адиабатически. На участке ''3—4'' от рабочего тела с помощью источника низкой температуры отбирается теплота $Q_{2}$. В двигателях, работающих по разомкнутому циклу, когда теплоноситель в каждом цикле работы обновляется, процесс охлаждения заменяется процессом обновления теплоносителя. |
| - | |2-3|Адиабата^ |$dQ=0$|Газ изолирован от нагревателя и холодильника и адиабатически расширяется.| | + | |
| - | |3-4|Изотерма|$T=T_{2}$|$dQ_{2}$ \\ (охлаждение)|Газ изотермически (при $T = T_{2}$) сжимается и отдает теплоту $dQ_{2}$ холодильнику.| | + | ^ Линия ^ Состояние ^^ Описание ^ |
| - | |4-1|Адиабата^ |$dQ=0$|Газ изолирован и адиабатически сжимается.| | + | ^ 1-2 |**Изотерма** \\ $T=T_{1}$ \\ $dQ_{1}$ \\ (нагревание) \\ $V\Uparrow$ |От нагревателя поступает теплота $dQ_{1}$ (или $Q_{H}$), газ под поршнем изотермически расширяется.|В начале процесса рабочее тело (''газ'') имеет температуру температуру нагревателя ($T_{H}$ или $T_{1}$). Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты $Q_{H}$ (или $Q_{1}$). \\ При этом объём рабочего тела увеличивается, оно **совершает механическую работу**, а его энтропия возрастает.| |
| + | ^ 2-3 |**Адиабата** \\ \\ $dQ=0$ \\ $V\Uparrow$ |Газ изолирован от нагревателя и холодильника и адиабатически расширяется.|Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. \\ При этом температура тела уменьшается до температуры холодильника ($T_{X}$ или $T_{2}$), тело **совершает механическую работу**, а энтропия остаётся постоянной.| | ||
| + | ^ 3-4 |**Изотерма** \\ $T=T_{2}$ \\ $dQ_{2}$ \\ (охлаждение) \\ $V\Downarrow$ |Газ изотермически (при $T = T_{2}$) сжимается и отдает теплоту $dQ_{2}$ холодильнику.|Рабочее тело, имеющее температуру холодильника ($T_{X}$ или $T_{2}$), приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься под действием внешней силы, отдавая холодильнику количество теплоты $Q_{X}$ (или $Q_{2}$). \\ Над телом совершается работа, его энтропия уменьшается.| | ||
| + | ^ 4-1 |**Адиабата** \\ \\ $dQ=0$ \\ $V\Downarrow$ |Газ изолирован и адиабатически сжимается.|Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается под действием внешней силы без теплообмена с окружающей средой. \\ При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя ($T_{H}$ или $T_{1}$), над телом совершается работа, его энтропия остаётся постоянной.| | ||
| Строка 47: | Строка 63: | ||
| ===== Максимальный КПД тепловой машины ===== | ===== Максимальный КПД тепловой машины ===== | ||
| - | Коэффициент полезного действия идеального цикла, как показал С.Карно, может быть выражен через температуру нагревателя ($T_{1}$) и холодильника ($T_{2}$). В реальных двигателях не удаётся осуществить цикл, состоящий из идеальных изотермических и адиабатных процессов. Поэтому КПД их цикла всегда меньше, чем КПД цикла Карно (при прочих равных условиях). | + | Коэффициент полезного действия идеального цикла, как показал С.Карно, может быть выражен через **температуру нагревателя** ($T_{1}$) и **холодильника** ($T_{2}$). В реальных двигателях не удаётся осуществить цикл, состоящий из идеальных изотермических и адиабатных процессов. Поэтому КПД их цикла всегда меньше, чем КПД цикла Карно (при прочих равных условиях). |
| - | $$\eta_{real}<\eta_{ideal}=\frac{T_{2}-T_{1}}{T_{1}}=1-\frac{T_{2}}{T_{1}}$$ | + | $$\eta_{real}<\eta_{ideal}=\frac{T_{1}-T_{2}}{T_{1}}=1-\frac{T_{2}}{T_{1}}$$ |
| Из формулы видно, что **КПД** двигателей **растёт с увеличением температуры нагревателя и с уменьшением температуры холодильника**. | Из формулы видно, что **КПД** двигателей **растёт с увеличением температуры нагревателя и с уменьшением температуры холодильника**. | ||
| Строка 56: | Строка 72: | ||
| Реальный КПД тепловых машин порядка 30-40%, в то время как теоретически можно получить 60-80%, при тех же условиях. | Реальный КПД тепловых машин порядка 30-40%, в то время как теоретически можно получить 60-80%, при тех же условиях. | ||
| + | |||
| + | ===== Обратный цикл Карно ===== | ||
| + | В термодинамике холодильных установок и тепловых насосов рассматривают обратный цикл Карно. | ||
| + | При этом рабочим телом являются пары легкокипящих жидкостей – фенол, аммиак и т.п. Процесс перекачки теплоты от тел, помещенных в холодильную камеру, в окружающую среду происходит за счет затрат электроэнергии. | ||
| + | |||
| + | **Обратный цикл Карно.** В обратном цикле Карно те же процессы происходят в обратной последовательности. Исходное состояние рабочего тела теперь --- точка ''3''. Адиабатически сжатое компрессором по линии ''3—2'' рабочее тело охлаждается изотермически по линии ''2—1'' и далее продолжает расширяться адиабатически по линии ''1—4''. На изотерме ''4—3'' к рабочему телу подводится теплота камеры охлаждения и оно возвращается к исходному состоянию точки ''3''. | ||
| + | |||
| + | При этом чем меньше разность температур между холодильной камерой и окружающей средой, тем меньше нужно затратить энергии для передачи теплоты от холодного тела к горячему и тем выше холодильный коэффициент. | ||
| + | |||
| + | Анализ обратного цикла Карно показывает, что передача теплоты от тела менее нагретого телу более нагретому возможна, но этот процесс требует соответствующей энергетической компенсации в системе, в виде затраченной работы или теплоты более высокого потенциала, способного совершить работу при переходе на более низкий потенциал. | ||
| + | |||
| + | **Энтропия** --- часть внутренней энергии замкнутой системы или энергетической совокупности Вселенной, которая не может быть использована, в частности не может перейти или быть преобразована в механическую работу. Существует мнение, что мы можем смотреть на энтропию и как на меру беспорядка в системе. | ||
| + | |||
| + | ===== Полезно ===== | ||
| + | * [[https://habr.com/ru/post/550808/|История кондиционирования воздуха. Принцип работы кондиционера]] | ||
| + | |||
| ====== Задачи и опыты ====== | ====== Задачи и опыты ====== | ||
| ===== Задачи ===== | ===== Задачи ===== | ||
| + | ++++☆Решение задач общего вида. Формулы☆|{{youtube>iDDGCf9eyes?start=9&end=805}}++++ | ||
| + | |||
| ++++КПД тепловой машины|КПД тепловой машины. Тепловая машина с КПД 40% за цикл работы отдаёт холодильнику количество теплоты, равное 60 Дж. Какое количество теплоты машина получает за цикл от нагревателя? | ++++КПД тепловой машины|КПД тепловой машины. Тепловая машина с КПД 40% за цикл работы отдаёт холодильнику количество теплоты, равное 60 Дж. Какое количество теплоты машина получает за цикл от нагревателя? | ||
| {{youtube>wL-YXf-La1Y?5}}++++ | {{youtube>wL-YXf-La1Y?5}}++++ | ||
subjects/physics/тепловые_машины.1504211570.txt.gz · Последние изменения: 2017/08/31 23:32 — ¶
Инструменты страницы
Записаться на занятия
Записаться на занятия к репетитору
