Инструменты пользователя

Инструменты сайта


subjects:physics:тепловые_машины

Различия

Здесь показаны различия между двумя версиями данной страницы.

Ссылка на это сравнение

Предыдущая версия справа и слева Предыдущая версия
subjects:physics:тепловые_машины [2018/04/03 11:28]
[Максимальный КПД тепловой машины]
subjects:physics:тепловые_машины [2018/04/11 23:05] (текущий)
[Примеры тепловых двигателей]
Строка 1: Строка 1:
 +<​box|[[start]]>​
 +  * **[[Молекулярная физика]]**
 +    * [[Теплообмен]]
 +      * **Тепловые машины**
 +    * [[Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)]]
 +    * [[Уравнения Менделеева-Клаперона]]
 +    * [[Насыщенные и ненасыщенные пары]]
 +    * [[Изотерма. Изобара. Изохора]]
 +    * [[I закон термодинамики]]
 +    * [[Смешанные задачи]]
 +    * **Молекулярная физика в опытах**
 +  * [[Электричество]]
 +</​box>​
 +
 +====== Тепловые машины. Цикл Карно ======
 +В современной технике механическую энергию получают главным образом за счёт внутренней энергии топлива. Устройства,​ в которых происходит преобразование внутренней энергии в механическую,​ называют //​тепловыми двигателями//​.
 +
 +===== Примеры тепловых двигателей =====
 +{{youtube>​Yj6nh52Yb04?​small}}
 +++++Двигатель внутреннего сгорания|{{youtube>​PCPpY2ASgtE?​small}}++++
 +++++Двигатель 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|{{youtube>​qrNV_JQawJw?​15}}++++
 +===== КПД тепловой машины =====
 +Работа,​ совершаемая тепловой машиной,​ не может быть больше:​ $A = Q_{1} - |Q_{2}|$, т.к. рабочее тело, получая некоторое количество теплоты ($Q_{1}$) от ''​нагревателя'',​ часть этого количества теплоты (по модулю равную $|Q_{2}|$) отдаёт ''​холодильнику''​. Отношение этой работы к количеству теплоты,​ полученному расширяющимся газом от нагревателя,​ называется ''​коэффициентом полезного действия''​ $\eta$ тепловой машины.
 +
 +Коэффициент полезного действия **любой** тепловой машины считается по формуле:​
 +$$\eta = \frac{A}{Q_{1}}=\frac{Q_{1}-|Q_{2}|}{Q_{1}} = 1 - \frac{|Q_{2}|}{Q_{1}}$$
 +
 +**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**.
 +
 +===== Цикл Карно =====
 +Сади Карно искал пути решения актуальной для его времени задачи --- установить причину несовершенства тепловых машин, найти пути наиболее эффективного их использования. Именно он, впервые предложил наиболее совершенный технический процесс,​ **состоящий из изотерм и адиабат**.
 +
 +==== Схема цикла Карно ====
 +
 +{{ :​subjects:​physics:​carnot_cycle.png?​ |Схема цикла Карно}}
 +
 +**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.
 +
 +^  Линия ​ ^  Состояние ​ ^^  Описание ​ ^
 +^  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.|
 +
 +
 +==== Иллюстрации цикла Карно ====
 +{{youtube>​WuOcvt7p5B4?​small}}
 +{{youtube>​7f8AvMKUsmQ?​small}}
 +==== Цикл Карно ====
 +{{youtube>​95XLXLqkcyI?​medium}}
 +
 +===== 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).
 +$$\eta_{real}<​\eta_{ideal}=\frac{T_{1}-T_{2}}{T_{1}}=1-\frac{T_{2}}{T_{1}}$$
 +
 +Из формулы видно, что **КПД** двигателей **растёт с увеличением температуры нагревателя и с уменьшением температуры холодильника**.
 +
 +Если бы температура холодильника была равна абсолютному нулю, то КПД был бы равен 100%.
 +В современных двигателях обычно КПД увеличивают за счёт повышения температуры нагревателя.
 +
 +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. ​
 +
 +====== Задачи и опыты ======
 +===== 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?​
 +{{youtube>​wL-YXf-La1Y?​5}}++++
 +
 +
 +----
 +|[[Теплообмен|← ]][[Теплообмен]]^[[subjects:​physics:​]]|[[Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)]][[Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)| →]]|
  
subjects/physics/тепловые_машины.txt · Последние изменения: 2018/04/11 23:05 —

На главную страницу Обучение Wikipedia Тестирование Контакты Нашли ошибку? Справка

Записаться на занятия

Ошибка Записаться на занятия к репетитору

Телефоны:

  • +7 (910) 874 73 73
  • +7 (905) 194 91 19
  • +7 (831) 247 47 55

Skype: eduVdom.com

закрыть[X]
Наши контакты