Activitatea formulei motorului termic. Eficiență maximă a motoarelor termice (teorema Carnot)

Obiectiv: familiarizarea cu motoarele termice utilizate în lumea modernă.

Pe parcursul muncii noastre, am încercat să răspundem la următoarele întrebări:


  • Ce este un motor termic?

  • Care este principiul funcționării sale?

  • Eficiență termică motor?

  • Ce tipuri de motoare termice există?

  • Unde se folosesc?
Motor termic.

Rezervele de energie internă din scoarța terestră și oceane pot fi considerate practic nelimitate. Dar a avea rezerve de energie nu este încă suficient. Este necesar să se poată folosi energia pentru a pune în mișcare mașinile-unelte din fabrici și fabrici, mijloace de transport, tractoare și alte mașini, pentru a roti rotoarele generatoarelor de curent electric etc. Omenirea are nevoie de motoare - dispozitive capabile să lucreze. Majoritatea motoarelor de pe Pământ sunt motoare termice.

În cel mai simplu experiment, care constă în faptul că puțină apă este turnată într-o eprubetă și adusă la fierbere (iar eprubeta este inițial închisă cu un dop), dopul sub presiunea vaporilor generați crește și iese. Cu alte cuvinte, energia combustibilului este convertită în energia internă a aburului, iar aburul, care se extinde, funcționează, scoțând din priză. Deci, energia internă a aburului este convertită în energia cinetică a dopului.

Dacă eprubeta este înlocuită cu un cilindru metalic puternic, iar ștecherul este înlocuit cu un piston care se potrivește perfect pe pereții cilindrului și se mișcă liber de-a lungul lor, veți obține un motor termic simplu.

Motoarele termice sunt mașini în care energia internă a combustibilului este transformată în energie mecanică.



Principiile de funcționare a motoarelor termice.

Pentru ca motorul să funcționeze, este necesară o diferență de presiune pe ambele părți ale pistonului motorului sau ale palelor turbinei. În toate motoarele termice, această diferență de presiune se realizează prin creșterea temperaturii fluidului de lucru cu sute sau mii de grade în comparație cu temperatura mediu inconjurator... Această creștere a temperaturii are loc atunci când combustibilul este ars.

Fluidul de lucru pentru toate motoarele termice este gazul, care efectuează lucrări în timpul expansiunii. Să desemnăm temperatura inițială a fluidului de lucru (gaz) până la T 1. Această temperatură în turbine sau mașini cu abur este dobândită de abur într-un cazan cu abur.

În motoare combustie interna și turbine cu gaz, creșterea temperaturii are loc atunci când combustibilul este ars în interiorul motorului. Temperatura T 1 numită temperatura încălzitorului.

Pe măsură ce se lucrează, gazul pierde energie și inevitabil se răcește până la o anumită temperatură T 2. Această temperatură nu poate fi mai mică decât temperatura mediului ambiant, deoarece altfel presiunea gazului va deveni mai mică decât atmosferică și motorul nu va putea efectua lucrări. De obicei temperatura T 2 este puțin mai mare decât temperatura ambiantă. Aceasta se numește temperatura frigiderului.Frigiderul este o atmosferă sau dispozitive speciale pentru răcirea și condensarea aburului rezidual - condensatoare... În acest din urmă caz, temperatura frigiderului poate fi mai mică decât temperatura atmosferei.

Astfel, într-un motor, fluidul de lucru, atunci când se extinde, nu poate dedica toată energia sa internă la lucru. O parte din căldură este inevitabil transferată în frigider (atmosferă) împreună cu aburul de evacuare sau gazele de eșapament de la motoarele cu ardere internă și turbine cu gaz. Această parte a energiei interne se pierde.

Motorul termic face o reducere datorită energiei interne a fluidului de lucru. Mai mult, în acest proces, căldura este transferată din corpurile mai fierbinți (se încălzește) în cele mai reci (frigider).

P

diagrama de bază este prezentată în figură.

Coeficient acțiune utilă (Eficienţă) motor termic.

Imposibilitatea conversiei complete a energiei interne a gazului în funcționarea motoarelor termice se datorează ireversibilității proceselor din natură. Dacă căldura s-ar putea întoarce spontan de la frigider la încălzitor, atunci energia internă ar putea fi complet transformată în muncă utilă folosind orice motor termic.

Coeficientul de eficiență al unui motor termic η este raportul lucrului util A p, efectuat de motor, la cantitatea de căldură Q 1 primită de la încălzitor, exprimată în procente.

Formulă:


Deoarece toate motoarele transferă o anumită căldură în frigider, η

Eficiență maximă

Z legile termodinamicii vă permit să calculați eficiența maximă posibilă a unui motor termic. Pentru prima dată, acest lucru a fost făcut de inginerul și omul de știință francez Sadi Carnot (1796-1832) în lucrarea sa „Reflecții asupra forței motrice a focului și asupra mașinilor capabile să dezvolte această forță” (1824).

LA

arno a inventat un motor termic ideal cu un gaz ideal ca fluid de lucru. El a primit următoarea valoare pentru eficiența acestei mașini:

T 1 - temperatura încălzitorului

T 2 - temperatura frigiderului

Principala semnificație a acestei formule este, așa cum a demonstrat Carnot, că oricare un adevărat motor termic care funcționează cu un încălzitor cu temperatura T 1 și frigider cu temperatura T 2 , nu poate avea o eficiență care să depășească eficiența unui motor termic ideal.

Formula oferă limita teoretică pentru eficiența maximă a motoarelor termice. Arată că cu cât temperatura încălzitorului este mai mare și cu cât temperatura frigiderului este mai mică, cu atât este mai eficient motorul termic.

Dar temperatura frigiderului nu poate fi mai mică decât temperatura ambiantă. Puteți crește temperatura încălzitorului. Cu toate acestea, orice material ( solid) are rezistență la căldură limitată sau rezistență la căldură. Când este încălzit, își pierde treptat proprietățile elastice și suficient temperatura ridicata se topeste.

Acum, principalele eforturi ale inginerilor vizează creșterea eficienței motoarelor prin reducerea frecării pieselor lor, pierderi de combustibil datorate arderii incomplete etc. Posibilitățile reale pentru creșterea eficienței sunt încă excelente aici.

Motor cu combustie interna

Un motor cu ardere internă este un motor cu căldură care folosește gaze la temperaturi ridicate generate în timpul arderii combustibilului lichid sau gazos direct în camera unui motor cu piston ca mediu de lucru.

Structura unui motor auto în patru timpi.


  • cilindru,

  • camera de ardere,

  • piston,

  • supapă de admisie;

  • supapă de ieșire,

  • lumânare;

  • bielă;

  • volant.

Câteva informații
despre motoare

tipul motorului

Carburator

Motorină

Corpul de lucru

Aer saturat cu vapori de benzină

Aer

Combustibil

Benzină

Păcură, ulei

Presiunea maximă a camerei

610 5 Pa

1,510 6 - 3,510 6 Pa

Temperatura atinsă în timpul comprimării fluidului de lucru

360-400 ºС

500-700 ºС

Temperatura produselor de ardere a combustibilului

1800 ºС

1900 ºС

Eficienţă:

pentru mașini de serie pentru cele mai bune mostre

Operațiunea ICE

1 ceas - „aspirația” pistonul se deplasează în jos, prin supapa de admisie este aspirat un amestec combustibil în camera de ardere - vapori de benzină cu aer. La sfârșitul cursei, supapa de aspirație se închide;

2 ceas - "compresie" - pistonul se ridică, comprimând amestecul combustibil. La sfârșitul loviturii, o scânteie sare în lumânare și amestecul combustibil se aprinde;

3 ceas- „cursă de lucru” - produsele gazoase de ardere ating o temperatură și o presiune ridicate, cu o forță mare apasă pe piston, care coboară, și cu ajutorul unei biele și a unei manivele acționează arborele cotit;

4 ceas - „evacuare” - pistonul se ridică și prin supapa de ieșire împinge gazele evacuate în atmosferă. Temperatura gazelor evacuate 500 0

ÎN mașinile folosesc cel mai des motoare cu patru cilindri. Lucrul cilindrilor este coordonat astfel încât în \u200b\u200bfiecare dintre ele cursa de lucru să aibă loc pe rând și arborele cotit să primească constant energia de la unul dintre pistoane. Există, de asemenea, motoare cu opt cilindri. Motoarele cu mai mulți cilindri asigură o uniformitate mai bună a rotației arborelui și mai multă putere.

Motoarele cu carburator sunt utilizate la autoturismele cu putere relativ redusă. Diesel - în mașinile mai grele de putere mare (tractoare, tractoare, locomotive diesel),
pe tot felul de nave.

Turbină cu abur

5 - ax, 4 - disc, 3 - abur, 2 - lame,

1 - omoplați.

Pturbina cu abur este partea principală a centralei cu abur. Într-o centrală cu abur, vaporii de apă supraîncălziți cu o temperatură de aproximativ 300-500 0 С și o presiune de 17-23 MPa ies din cazan în linia de abur. Aburul acționează rotorul unei turbine cu aburi, care acționează rotorul unui generator electric care generează un curent electric. Aburul uzat intră în condensator, unde este lichefiat, apa rezultată este pompată în cazanul cu aburi și din nou se transformă în abur.

Lichidul atomic sau combustibilul solid arde în focar, încălzind cazanul.

Structura turbinei


  • Tambur cu sistem de duze - tuburi expandabile special configurate;

  • rotor - un disc rotativ cu un sistem de lame.
Principiul de funcționare

Jeturile de abur, care scapă din duze cu o viteză extraordinară (600-800 m / s), sunt direcționate către palele rotorului turbinei, apasă pe ele și acționează rotorul în rotație la o viteză mare (50 rpm / s). Energia internă a aburului este convertită în energie mecanică de rotație a rotorului turbinei. Aburul se extinde pe măsură ce părăsește duza, efectuează lucrări și se răcește. Aburul uzat intră în linia de abur, temperatura acestuia până în acest moment devine puțin mai mare de 100 ° C, apoi aburul intră în condensator, presiunea în care este de câteva ori mai mică decât atmosferică. Condensatorul este răcit cu apă rece.

Prima turbină cu abur, care a găsit aplicații practice, a fost fabricată de G. Laval în 1889.

Combustibil uzat: solid - cărbune, șist, turbă; lichid - ulei, păcură. Gaz natural.

Turbinele sunt instalate în centralele termice și nucleare. Acestea generează mai mult de 80% din electricitate. Turbinele cu abur puternice sunt instalate pe nave mari.

Turbina de gaz

Un avantaj important al acestei turbine este transformarea simplificată a energiei interne a gazului în mișcarea rotativă a arborelui.

Principiul de funcționare

Aerul comprimat la o temperatură de aproximativ 200 ° C este furnizat în camera de ardere a unei turbine cu gaz prin intermediul unui compresor, iar combustibilul lichid (kerosen, păcură) este injectat sub presiune ridicată. În timpul arderii combustibilului, aerul și produsele de ardere sunt încălzite la o temperatură de 1500-2200 ° C. Gazul care se deplasează cu viteză mare este direcționat către palele turbinei. Trecând de la un rotor de turbină la altul, gazul renunță la energia sa internă, conducând rotorul în rotație.

Când se epuizează dintr-o turbină cu gaz, gazul are o temperatură de 400-500 0 С.

Energia mecanică rezultată este utilizată, de exemplu, pentru a roti elicele unei aeronave sau rotorul unui generator electric.

Turbinele cu gaz sunt motoare cu putere mare, motiv pentru care sunt utilizate în aviație

Motoare cu reactie

Principiul de funcționare

În camera de ardere, combustibilul pentru rachete (de exemplu, o încărcătură de pulbere) arde și gazele rezultate se apasă cu mare forță pe pereții camerei. Pe o parte a camerei există o duză prin care produsele de ardere sunt evacuate în spațiul înconjurător. Pe de altă parte, gazele în expansiune împing racheta ca un piston și o împing înainte.

P rachetele Orok sunt motoare cu combustibil solid. Sunt pregătiți în mod constant pentru lucru, ușor de pornit, dar este imposibil să opriți sau să controlați un astfel de motor.

Motoarele cu rachete cu combustibil lichid sunt mult mai fiabile în control, alimentarea cu combustibil fiind reglementată.

În 1903 K. E. Tsiolkovsky a propus proiectarea unei astfel de rachete.

Motoarele cu reacție sunt utilizate în rachetele spațiale. Căile uriașe uriașe sunt echipate cu turboreactoare și motoare cu reacție.

Resurse utilizate


  • Fizică. Cartea de referință a elevului. Dezvoltare științifică și compilare de T. Feschenko, V. Vozhegova: M.: Societatea filologică „Slovo”, Compania „Klyuch-S”, 1995. - 576 p.

  • G. Da. Myakishev, B.B. Buhovțev. Fizică: manual. pentru 10 cl. miercuri shk. - a 2-a ed. - M.: Educație, 1992. - 222 p.: Ill.

  • ACEASTA. Baranova. Lucrarea finală a unui student de cursuri de perfecționare în RCDC în cadrul programului „Tehnologii internet pentru un profesor de materie”. Prezentare „Motoare termice”, 2005

  • http://pla.by.ru/art_altengines.htm - modele de motoare și imagini de animație

  • http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic\u003d211269 Festivalul ideilor pedagogice "Lecția deschisă 2004-2005" L.V. Samoilov

  • http://old.prosv.ru/metod/fadeeva7-8-9/07.htm Fizică 7-8-9 Carte pentru profesorul A.A. Fadeeva, A.V. Bolt

Activitatea multor tipuri de mașini este caracterizată de un indicator atât de important precum eficiența unui motor termic. În fiecare an, inginerii se străduiesc să creeze o tehnologie mai avansată, care, cu un consum mai mic de combustibil, ar da rezultatul maxim din utilizarea sa.

Dispozitiv pentru motor termic

Înainte de a înțelege ce este, trebuie să înțelegeți cum funcționează acest mecanism. Fără a cunoaște principiile acțiunii sale, este imposibil să aflăm esența acestui indicator. Un motor termic este un dispozitiv care funcționează utilizând energie internă. Orice motor termic care se transformă într-unul mecanic folosește dilatarea termică a substanțelor cu o creștere a temperaturii. În motoarele în stare solidă, este posibilă nu numai modificarea volumului de materie, ci și a formei corpului. Acțiunea unui astfel de motor este supusă legilor termodinamicii.

Principiul de funcționare

Pentru a înțelege modul în care funcționează un motor termic, este necesar să se ia în considerare elementele de bază ale designului său. Pentru ca dispozitivul să funcționeze, sunt necesare două corpuri: cald (încălzitor) și rece (frigider, răcitor). Principiul de funcționare a motoarelor termice (eficiența motoarelor termice) depinde de tipul acestora. Adesea, un condensator de abur acționează ca un frigider și orice tip de combustibil care arde într-un cuptor este un încălzitor. Eficiența unui motor termic ideal se găsește prin următoarea formulă:

Eficiență \u003d (încălzire - răcire) / încălzire. x 100%.

Mai mult, eficiența unui motor real nu poate depăși niciodată valoarea obținută conform acestei formule. De asemenea, acest indicator nu va depăși niciodată valoarea de mai sus. Pentru a îmbunătăți eficiența, cel mai adesea temperatura încălzitorului este crescută și temperatura frigiderului este scăzută. Ambele procese vor fi limitate de condițiile reale de funcționare ale echipamentului.

În timpul funcționării unui motor termic, se lucrează, deoarece gazul începe să piardă energie și se răcește la o anumită temperatură. Acesta din urmă se află de obicei la câteva grade deasupra atmosferei înconjurătoare. Aceasta este temperatura frigiderului. Un astfel de dispozitiv special este conceput pentru răcire, urmat de condensarea aburului de evacuare. Acolo unde sunt prezenți condensatori, temperatura frigiderului este uneori mai mică decât temperatura ambiantă.

Într-un motor termic, un corp, atunci când este încălzit și extins, nu este capabil să renunțe la toată energia sa internă pentru a lucra. O parte din căldură va fi transferată la frigider împreună cu sau abur. Această parte a termicului este inevitabil pierdută. În timpul arderii combustibilului, fluidul de lucru primește o anumită cantitate de căldură Q 1 de la încălzitor. În același timp, efectuează în continuare lucrarea A, în timpul căreia transferă o parte din energia termică la frigider: Q 2

Eficiența caracterizează eficiența unui motor în conversia și transmisia puterii. Acest indicator este adesea măsurat ca procent. Formula de eficiență:

η * A / Qx100%, unde Q este energie consumată, A este lucru util.

Pe baza legii conservării energiei, putem concluziona că eficiența va fi întotdeauna mai mică decât unitatea. Cu alte cuvinte, nu va exista niciodată o muncă mai utilă decât energia cheltuită pe ea.

Eficiența motorului este raportul dintre munca utilă și energia furnizată de încălzitor. Poate fi reprezentat ca o astfel de formulă:

η \u003d (Q 1 -Q 2) / Q 1, unde Q 1 este căldura primită de la încălzitor și Q 2 este dată frigiderului.

Funcționarea motorului termic


Munca efectuată de un motor termic este calculată folosind următoarea formulă:

A \u003d | Q H | - | Q X |, unde A este lucru, Q H este cantitatea de căldură primită de la încălzitor, Q X este cantitatea de căldură dată răcitorului.

| Q H | - | Q X |) / | Q H | \u003d 1 - | Q X | / | Q H |

Este egal cu raportul dintre lucrările efectuate de motor și cantitatea de căldură primită. O parte din energia termică se pierde în timpul acestui transfer.

Motorul Carnot

Eficiența maximă a unui motor termic este observată în dispozitivul Carnot. Acest lucru se datorează faptului că în acest sistem depinde doar de temperatura absolută a încălzitorului (Tn) și a răcitorului (Tx). Eficiența unui motor termic care funcționează este determinată de următoarea formulă:

(Тн - Тх) / Тн \u003d - Тх - Тн.

Legile termodinamicii au făcut posibilă calcularea randamentului maxim posibil. Pentru prima dată, acest indicator a fost calculat de omul de știință și inginer francez Sadi Carnot. A inventat un motor termic care funcționa pe gaz ideal. Funcționează într-un ciclu de 2 izoterme și 2 adiabate. Principiul funcționării sale este destul de simplu: un contact de încălzire este adus în vas cu gaz, ca urmare a cărui fluid de lucru extinde izotermul. În același timp, funcționează și primește o anumită cantitate de căldură. Apoi vasul este izolat. În ciuda acestui fapt, gazul continuă să se extindă, dar deja adiabatic (fără schimb de căldură cu mediul înconjurător). În acest moment, temperatura acestuia scade la cea a frigiderului. În acest moment, gazul este în contact cu frigiderul, drept urmare, acesta îi conferă o anumită cantitate de căldură în timpul compresiei izometrice. Apoi vasul este izolat din nou. În acest caz, gazul este comprimat adiabatic la volumul și starea inițială.

Soiuri

În zilele noastre, există multe tipuri de motoare termice care funcționează pe principii diferite și pe combustibili diferiți. Toți au propria lor eficiență. Acestea includ următoarele:

Motor cu combustie internă (piston), care este un mecanism în care o parte din energia chimică a combustibilului de ardere este transformată în energie mecanică. Astfel de dispozitive pot fi gazoase și lichide. Se face distincția între motoarele în 2 și 4 timpi. Acestea pot avea un ciclu de funcționare continuu. Conform metodei de preparare a unui amestec de combustibil, astfel de motoare sunt carburator (cu formare de amestec extern) și motorină (cu intern). Pe tipuri de convertoare de energie, acestea sunt împărțite în piston, jet, turbină, combinate. Eficiența acestor mașini nu depășește 0,5.

Un motor Stirling este un dispozitiv în care fluidul de lucru este situat într-un spațiu limitat. Este un fel de motor cu ardere externă. Principiul său de funcționare se bazează pe răcirea / încălzirea periodică a corpului cu primirea de energie datorită unei modificări a volumului său. Este unul dintre cele mai eficiente motoare.

Motor cu turbină (rotativ) cu combustie externă. Astfel de instalații se găsesc cel mai adesea în centralele termice.

Turbina (rotativă) ICE este utilizată la centralele termice în modul de vârf. Nu la fel de obișnuit ca alții.

Motorul turbopropulsor, datorită șurubului, creează o parte din forță. Restul îl obține din gazele de eșapament. Designul său este un motor rotativ pe axul căruia este montată o elice de aer.

Alte tipuri de motoare termice

Racheta, turboreactorul și care primesc forța de la revenirea gazelor de eșapament.

Motoarele în stare solidă utilizează un corp solid ca combustibil. Când lucrați, nu volumul său se schimbă, ci forma sa. La operarea echipamentului, se utilizează o diferență de temperatură extrem de mică.



Cum puteți îmbunătăți eficiența

Este posibil să crești eficiența unui motor termic? Răspunsul trebuie căutat în termodinamică. Ea studiază transformările reciproce ale diferitelor tipuri de energie. S-a stabilit că este imposibil să se convertească toată energia termică disponibilă în electrică, mecanică etc. În plus, conversia lor în energie termică are loc fără restricții. Acest lucru este posibil datorită faptului că natura energiei termice se bazează pe mișcarea dezordonată (haotică) a particulelor.

Cu cât corpul se încălzește mai mult, cu atât moleculele sale constitutive se vor mișca mai repede. Mișcarea particulelor va deveni și mai neregulată. Odată cu aceasta, toată lumea știe că ordinea poate fi ușor transformată în haos, lucru foarte greu de comandat.

Fluidul de lucru, care primește o anumită cantitate de căldură Q 1 de la încălzitor, dă o parte din această cantitate de căldură, modul | Q2 |, la frigider. Prin urmare, munca depusă nu poate fi mai mare A \u003d Q 1- | Q 2 |.Se numește raportul acestei lucrări cu cantitatea de căldură primită de gazul în expansiune de la încălzitor eficienţă mașină de încălzit:

Eficiența unui motor termic care funcționează într-un ciclu închis este întotdeauna mai mică decât una. Sarcina ingineriei energiei termice este de a face eficiența cât mai mare posibil, adică de a folosi cât mai multă căldură primită de la încălzitor pentru lucru. Cum se poate realiza acest lucru?
Pentru prima dată, cel mai perfect proces ciclic, format din izoterme și adiabate, a fost propus de fizicianul și inginerul francez S. Carnot în 1824.

Ciclul Carnot.

Să presupunem că gazul se află într-un cilindru, ale cărui pereți și piston sunt din material termoizolant, iar fundul este dintr-un material cu conductivitate termică ridicată. Volumul ocupat de gaz este V 1.


Imaginea 2

Vom aduce cilindrul în contact cu încălzitorul (Figura 2) și vom permite gazului să se extindă izoterm și să efectueze lucrări . În același timp, gazul primește puțină căldură de la încălzitor. Q 1.Acest proces este reprezentat grafic de o izotermă (curbă AB).

Figura 3

Când volumul de gaz devine egal cu o anumită valoare V 1 '< V 2 , fundul cilindrului este izolat de încălzitor , după aceea gazul se extinde adiabatic la un volum V 2,corespunzând cursei maxime posibile a pistonului în cilindru (adiabat Soare). În acest caz, gazul este răcit la o temperatură T 2< T 1 .
Gazul răcit poate fi acum comprimat izoterm la o temperatură T2.Pentru a face acest lucru, trebuie să fie pus în contact cu un corp care are aceeași temperatură T 2,adică cu frigider , și comprimați gazul cu o forță externă. Cu toate acestea, în acest proces, gazul nu va reveni la starea inițială - temperatura acestuia va fi întotdeauna mai mică decât T 1.
Prin urmare, compresia izotermă este adusă la un anumit volum intermediar V 2 '\u003e V 1(izotermă CD). În acest caz, gazul emană o anumită cantitate de căldură la frigider. Q 2,egală cu munca de compresie efectuată asupra acestuia. După aceea, gazul este comprimat adiabatic la un volum V 1,în timp ce temperatura acestuia crește la T 1(adiabat DA). Acum gazul a revenit la starea inițială, în care volumul său este egal cu V 1, temperatura este T 1,presiune - p 1, iar ciclul poate fi repetat din nou.

Deci, pe site ABCgazul funcționează (A\u003e 0), și pe site CDAse lucrează la gaz (ȘI< 0). Pe site-uri Soareși ANUNȚmunca se face numai prin schimbarea energiei interne a gazului. De la schimbarea energiei interne UBC \u003d - UDA, atunci munca pentru procesele adiabatice este egală: ABC \u003d –ADA.În consecință, lucrarea totală efectuată pe ciclu este determinată de diferența dintre munca efectuată în timpul proceselor izoterme (secțiuni AB și CD). Numeric, această lucrare este egală cu aria figurii mărginită de curba ciclului ABCD.
Doar o parte din cantitatea de căldură este de fapt transformată în muncă utilă. QT,primit de la încălzitor, egal cu QT 1 - | QT 2 |.Deci, în ciclul Carnot, lucru util A \u003d QT 1- | QT 2 |.
Eficiența maximă a unui ciclu ideal, așa cum arată S. Carnot, poate fi exprimată în termeni de temperatură a încălzitorului (T 1) și frigider (T 2):

În motoarele reale, nu este posibil să se efectueze un ciclu format din procese izoterme și adiabatice ideale. Prin urmare, eficiența ciclului efectuat în motoare reale este întotdeauna mai mică decât eficiența ciclului Carnot (la aceleași temperaturi ale încălzitoarelor și frigiderelor):

Formula arată că cu cât temperatura încălzitorului este mai ridicată și cu cât temperatura frigiderului este mai scăzută, cu atât eficiența motoarelor este mai mare.

Carnot Nicola Leonard Sadi (1796-1832) - un talentat inginer și fizician francez, unul dintre fondatorii termodinamicii. În lucrarea sa „Reflecția asupra forței motrice a focului și asupra mașinilor capabile să dezvolte această forță” (1824), el a arătat mai întâi că motoarele termice pot funcționa numai în timpul tranziției căldurii de la un corp fierbinte la unul rece. Carnot a inventat motorul termic ideal, a calculat eficiența motorului ideal și a dovedit că acest coeficient este maximul posibil pentru orice motor termic real.
Ca un ajutor pentru cercetarea sa, Carnot a inventat (pe hârtie) în 1824 un motor termic ideal cu un gaz ideal ca fluid de lucru. Rolul important al motorului Carnot rezidă nu numai în posibila sa aplicare practică, ci și în faptul că face posibilă explicarea principiilor de funcționare a motoarelor termice în general; nu mai puțin important este faptul că Carnot, cu ajutorul motorului său, a reușit să aducă o contribuție semnificativă la fundamentarea și înțelegerea celei de-a doua legi a termodinamicii. Toate procesele din mașina Carnot sunt considerate echilibru (reversibil). Un proces reversibil este un proces care se desfășoară atât de încet încât poate fi considerat o tranziție secvențială de la o stare de echilibru la alta etc., iar întregul proces poate fi realizat în direcția opusă fără a schimba munca depusă și cantitatea de căldură transferată. (Rețineți că toate procesele reale sunt ireversibile) Un proces sau ciclu circular este efectuat în mașină, în care sistemul după o serie de transformări revine la starea sa inițială. Ciclul Carnot este format din două izoterme și două adiabate. Curbele A - B și C - D sunt izoterme, iar curbele B - C și D - A sunt adiabate. În primul rând, gazul se extinde izoterm la temperatura T 1. În același timp, el primește cantitatea de căldură Q 1 de la încălzitor. Apoi se extinde adiabatic și nu schimbă căldura cu corpurile din jur. Aceasta este urmată de compresia izotermă a gazului la temperatura T 2. Gazul degajă cantitatea de căldură Q 2 către frigider în acest proces. În cele din urmă, gazul este comprimat adiabatic și revine la starea inițială. În timpul expansiunii izoterme, gazul efectuează lucrarea A "1\u003e 0, care este egală cu cantitatea de căldură Q 1. Cu expansiunea adiabatică B - C, lucrarea pozitivă A" 3 este egală cu scăderea energiei interne atunci când gazul este răcit de la temperatura T 1 la temperatura T 2: A "3 \u003d - dU 1.2 \u003d U (T 1) -U (T 2) .Compresia izotermă la o temperatură T 2 necesită lucru A 2 pe gaz. Gazul face o muncă negativă corespunzătoare A "2 \u003d -A 2 \u003d Q 2. În cele din urmă, compresia adiabatică necesită lucrul A 4 \u003d dU 2.1 pe gaz. Lucrarea gazului în sine A "4 \u003d -A 4 \u003d -dU 2.1 \u003d U (T 2) -U (T 1). Prin urmare, lucrarea totală a gazului în două procese adiabatice este egală cu zero. În timpul ciclului, gazul funcționează A" \u003d A "1 + A "2 \u003d Q 1 + Q 2 \u003d | Q 1 | - | Q 2 |. Această lucrare este numerică egală cu aria figurii delimitate de curba ciclului. Pentru a calcula eficiența, este necesar să se calculeze lucrarea în timpul proceselor izoterme A - B și C - D. Calculele conduc la următorul rezultat: (2) Eficiența motorului termic Carnot este egală cu raportul dintre diferența dintre temperaturile absolute ale încălzitorului și frigiderul la temperatura absolută a încălzitorului. Principala semnificație a formulei (2) obținută de Carnot pentru eficiența unei mașini ideale este că determină eficiența maximă posibilă a oricărui motor termic. Carnot a demonstrat următoarea teoremă: orice motor termic real care funcționează cu un încălzitor la temperatura T 1 și un frigider la temperatura T 2 nu poate avea o eficiență care să depășească eficiența unui motor termic ideal. Eficiența motoarelor termice reale Formula (2) oferă o limită teoretică pentru valoarea maximă a eficienței motoarelor termice. Arată că cu cât temperatura încălzitorului este mai mare și cu cât temperatura frigiderului este mai mică, cu atât este mai eficient motorul termic. Doar la temperatura frigiderului egală cu zero absolut, eficiența este 1. La motoarele termice reale, procesele se desfășoară atât de repede încât scăderea și creșterea energiei interne a substanței de lucru cu o modificare a volumului acesteia nu au timp să fie compensate de fluxul de energie de la încălzitor și de transferul de energie la frigider. Prin urmare, procesele izoterme nu pot fi realizate. Același lucru se aplică proceselor strict adiabatice, deoarece nu există izolatori termici ideali în natură. Ciclurile efectuate în motoarele termice reale constau din doi izocori și doi adiabat (în ciclul Otto), din doi adiabat, izobari și izochori (în ciclul Diesel), din doi adiabat și doi izobari (într-o turbină cu gaz) etc. În acest caz, unul ar trebui să aibă ceea ce înseamnă că aceste cicluri pot fi ideale, precum și ciclul Carnot. Dar pentru aceasta este necesar ca temperaturile încălzitorului și ale frigiderului să nu fie constante, ca în ciclul Carnot, ci să se schimbe în același mod în care temperatura substanței de lucru se schimbă în procesele de încălzire și răcire izocorică. Cu alte cuvinte, substanța de lucru trebuie să fie în contact cu un număr infinit de mari de încălzitoare și frigidere - numai în acest caz va exista transfer de căldură în echilibru pe izocori. Desigur, în ciclurile motoarelor termice reale, procesele sunt neechilibrate, drept urmare eficiența motoarelor termice reale la același interval de temperatură este mult mai mică decât eficiența ciclului Carnot. În același timp, expresia (2) joacă un rol imens în termodinamică și este un fel de „far” care indică modalități de a crește eficiența motoarelor termice reale.
În ciclul Otto, mai întâi, amestecul de lucru 1-2 este aspirat în cilindru, apoi 2-3 comprimări adiabatice și după arderea sa izocorică 3-4, însoțită de o creștere a temperaturii și a presiunii produselor de ardere, are loc expansiunea adiabatică 4-5, apoi scăderea de presiune izocorică 5 -2 și expulzarea izobarică a gazelor de eșapament de către pistonul 2-1. Deoarece nu se efectuează lucrări pe izocori, iar munca în timpul aspirației amestecului de lucru și a expulzării gazelor de eșapament este egală și opusă în semn, lucrarea utilă într-un ciclu este egală cu diferența dintre lucrul pe adiabatele de expansiune și compresie și este reprezentată grafic de zona ciclului.
Comparând eficiența unui motor termic real cu eficiența ciclului Carnot, trebuie remarcat faptul că în expresia (2), temperatura T 2 în cazuri excepționale poate coincide cu temperatura mediului ambiant, pe care o luăm pentru un frigider, în cazul general, aceasta depășind temperatura mediului ambiant. De exemplu, la motoarele cu ardere internă, T 2 trebuie înțeleasă ca temperatura gazelor de eșapament și nu temperatura mediului în care este produsă evacuarea.
Figura arată ciclul unui motor cu combustie internă în patru timpi cu combustie izobarică (ciclu Diesel). Spre deosebire de ciclul anterior, acesta este absorbit în secțiunea 1-2. aerul atmosferic, care este supus la compresie adiabatică în secțiunea 2-3 la 3 10 6 -3 10 5 Pa. Combustibilul lichid injectat se aprinde într-un mediu puternic comprimat, ceea ce înseamnă aer încălzit și arde 3-4 izobar, și apoi are loc expansiunea adiabatică a produselor de ardere 4-5. Restul proceselor 5-2 și 2-1 se desfășoară în același mod ca și în ciclul anterior. Trebuie reamintit faptul că la motoarele cu ardere internă ciclurile sunt închise condiționat, deoarece înainte de fiecare ciclu cilindrul este umplut cu o anumită masă a substanței de lucru, care la sfârșitul ciclului este aruncată din cilindru.
Dar temperatura frigiderului practic nu poate fi mult mai mică decât temperatura ambiantă. Puteți crește temperatura încălzitorului. Cu toate acestea, orice material (solid) are rezistență la căldură limitată sau rezistență la căldură. Când este încălzit, își pierde treptat proprietățile elastice și se topește la o temperatură suficient de ridicată. Acum, principalele eforturi ale inginerilor vizează creșterea eficienței motoarelor prin reducerea fricțiunii pieselor lor, pierderile de combustibil datorate arderii incomplete, etc. Posibilitățile reale de creștere a eficienței sunt încă mari aici. Deci, pentru o turbină cu abur, temperaturile inițiale și finale ale aburului sunt aproximativ după cum urmează: T 1 \u003d 800 K și T 2 \u003d 300 K. La aceste temperaturi, valoarea maximă a eficienței este: Valoarea efectivă a eficienței datorată diferitelor tipuri de pierderi de energie este de aproximativ 40%. Motoarele cu ardere internă au randamentul maxim - aproximativ 44%. Eficiența oricărui motor termic nu poate depăși valoarea maximă posibilă unde T 1 este temperatura absolută a încălzitorului și T 2 este temperatura absolută a frigiderului. Creșterea eficienței motoarelor termice și apropierea acestuia la maxim posibil este cea mai importantă problemă tehnică.

Inegalitatea lui Clausius

(1854): Cantitatea de căldură primită de sistem în orice proces circular, împărțită la temperatura absolută la care a fost primit ( dat cantitatea de căldură) nu este pozitivă.

Cantitatea de căldură furnizată cvasi-static obținut de sistem nu depinde de calea de tranziție (este determinată doar de stările inițiale și finale ale sistemului) - pentru cvasistatică procese Inegalitatea lui Clausius se transformă în egalitate .

Entropia, funcția de stare S sistem termodinamic, a cărui schimbare dS pentru o modificare reversibilă infinit de mică a stării sistemului este egală cu raportul dintre cantitatea de căldură primită de sistem în acest proces (sau luată din sistem) la temperatura absolută T:

Cantitatea dSeste un diferențial total, adică integrarea sa de-a lungul oricărei căi alese în mod arbitrar dă diferența dintre valori entropie în stările inițiale (A) și finale (B):

Căldura nu este o funcție a stării; prin urmare, integralul lui dependsQ depinde de calea de tranziție aleasă între stările A și B. Entropie măsurată în J / (mol · deg).

Concept entropie ca o funcție a stării sistemului este postulată a doua lege a termodinamicii, care exprimă prin entropie diferență între procese ireversibile și reversibile... Pentru primul dS\u003e δQ / T pentru al doilea dS \u003d δQ / T.

Entropia ca funcție energie interna U sistemul, volumul V și numărul de alunițe n i iComponenta a treia este o funcție caracteristică (vezi. Potențiale termodinamice). Aceasta este o consecință a primului și celui de-al doilea principiu al termodinamicii și este scrisă prin ecuația:

unde r - presiune, μ i - potențial chimic eua treia componentă. Derivate entropie pe variabile naturale U, V și n i sunt egale:

Legătură cu formule simple entropie cu capacități de căldură la presiune constantă C p și volum constant CV:

Prin entropie condițiile pentru realizarea echilibrului termodinamic al sistemului sunt formulate cu o energie internă constantă, volum și număr de moli eu-a componentă (sistem izolat) și condiția de stabilitate pentru un astfel de echilibru:

Înseamnă că entropie un sistem izolat atinge maximul într-o stare de echilibru termodinamic. Procesele spontane din sistem pot continua doar în direcția creșterii entropie.

Entropia aparține unui grup de funcții termodinamice numite funcții Massier-Planck. Alte funcții aparținând acestui grup - funcția Massier F 1 = S - (1 / T) U și funcția Planck Ф 2 \u003d S - (1 / T) U - (p / T) V, poate fi obținut prin aplicarea transformării Legendre la entropie.

Conform celei de-a treia legi a termodinamicii (vezi. Teorema termică), schimbarea entropie într-o reacție chimică reversibilă între substanțe în stare condensată tinde la zero la T→0:

Postulatul lui Planck (o formulare alternativă a teoremei termice) stabilește că entropie orice compus chimic în stare condensată la temperatura zero absolută este condiționat zero și poate fi luat ca punct de referință atunci când se determină valoarea absolută entropie substanțe la orice temperatură. Ecuațiile (1) și (2) determină entropie până la un termen constant.

În chimie termodinamica următoarele concepte sunt utilizate pe scară largă: standard entropie S 0, adică entropie la presiune r\u003d 1,01 · 10 5 Pa (1 atm); standard entropie reacție chimică adică diferența de standard entropieproduse și reactivi; molar parțial entropie component al unui sistem multicomponent.

Pentru a calcula echilibrele chimice, utilizați formula:

unde LA - constanta de echilibru, și - respectiv standard energia Gibbs, entalpia și entropia reacției; R -gas constant.

Definiția conceptului entropie pentru un sistem de neechilibru se bazează pe conceptul de echilibru termodinamic local. Echilibrul local implică îndeplinirea ecuației (3) pentru volume mici ale unui sistem de neechilibru ca întreg (a se vedea. Termodinamica proceselor ireversibile). În cazul proceselor ireversibile în sistem, producția (apariția) entropie... Diferențial complet entropie este definit în acest caz de inegalitatea Carnot-Clausius:

unde dS i\u003e0 - diferențial entropienu este legat de fluxul de căldură ci datorită producției entropiedatorită proceselor ireversibile din sistem ( difuzie. conductivitate termică, reacții chimice etc.). Producția locală entropie (t - timpul) este reprezentat ca o sumă de produse de forțe termodinamice generalizate X eu la fluxuri termodinamice generalizate J i:

Producție entropie datorită, de exemplu, difuziei componentei eu datorită forței și fluxului materiei J; producție entropie datorită unei reacții chimice - prin forță X \u003d A / TUnde ȘI-afinitate chimică și flux Jegală cu viteza de reacție. În termodinamica statistică entropie a unui sistem izolat este determinat de raportul: unde k - constanta Boltzmann... - greutatea termodinamică a stării, egală cu numărul stărilor cuantice posibile ale sistemului cu valori date de energie, volum, număr de particule. Starea de echilibru a sistemului corespunde egalității populațiilor stărilor cuantice unice (nedegenerate). Ascendent entropie în procesele ireversibile, este asociat cu stabilirea unei distribuții mai probabile a unei energii date a sistemului între subsisteme individuale. Definiție statistică generalizată entropie, care se aplică și sistemelor neizolate, se conectează entropie cu probabilitățile diferitelor microstate după cum urmează:

unde w i - probabilitate eustarea a.

Absolut entropie un compus chimic este determinat experimental, în principal prin metoda calorimetrică, pe baza raportului:

Utilizarea celui de-al doilea principiu vă permite să definiți entropie reacții chimice conform datelor experimentale (metoda forțelor electromotoare, metoda presiunii vaporilor etc.). Calcul posibil entropie compuși chimici prin metode de termodinamică statistică, bazate pe constante moleculare, greutatea moleculară, geometria moleculei, frecvența vibrațiilor normale. Această abordare este realizată cu succes pentru gazele ideale. Pentru fazele condensate, calculul statistic oferă o precizie mult mai mică și se efectuează într-un număr limitat de cazuri; în anul trecut s-au înregistrat progrese considerabile în acest domeniu.

Subiect: „Principiul de funcționare al unui motor termic. Mașină de încălzit cu cea mai mare eficiență ".

Forma: Lecție combinată folosind tehnologia computerului.

Obiective:

  • Arătați importanța utilizării unui motor termic în viața umană.
  • Să studieze principiul de funcționare al motoarelor termice reale și un motor ideal care funcționează conform ciclului Carnot.
  • Luați în considerare modalitățile posibile de a îmbunătăți eficiența unui motor real.
  • Dezvoltați curiozitatea studenților, interesul pentru creativitatea tehnică, respectul pentru realizările științifice ale oamenilor de știință și ingineri.

Planul lecției.

P / p Nr.

Întrebări

Timp
(minute)

1 Arătați necesitatea utilizării motoarelor termice în condiții moderne.
2 Repetarea conceptului de „motor termic”. Tipuri de motoare termice: ICE (carburator, diesel), turbine cu abur și gaz, motoare cu turboreactor și rachete.
3 Explicația noului material teoretic.
Schema și dispozitivul unui motor termic, principiul de funcționare, eficiența.
Ciclul Carnot, motor termic ideal, eficiența sa.
Comparația eficienței unui motor termic real și ideal.
4 Soluția la problema nr. 703 (Stepanova), nr. 525 (Bendrikov).
5
Lucrul cu un model de motor termic.
6 Rezumând. Temele § 33, problemele nr. 700 și nr. 697 (Stepanova)

Material teoretic

Din cele mai vechi timpuri, o persoană dorea să se elibereze de eforturile fizice sau să le ușureze atunci când mișcă ceva, să aibă mai multă forță, viteză.
Au fost create legende despre covoare, avioane, cizme de șapte ligi și vrăjitori care duceau o persoană în țări îndepărtate cu un val de baghetă. Purtând greutăți, oamenii au inventat căruțe, pentru că rularea este mai ușoară. Apoi au adaptat animale - boi, căprioare, câini, mai ales cai. Așa au apărut căruțele și trăsurile. În echipaje, oamenii s-au străduit pentru confort, îmbunătățindu-i din ce în ce mai mult.
Dorința oamenilor de a crește viteza a accelerat și schimbarea evenimentelor din istoria dezvoltării transporturilor. Din grecescul "autos" - "auto" și latinul "mobilis" - "mobil" în limbile europene, s-a format adjectivul "autopropulsat", literalmente "auto - mobil".

Se referea la ceasuri, păpuși automate, la tot felul de mecanisme, în general, la tot ceea ce servea ca supliment la „continuarea”, „îmbunătățirea” unei persoane. În secolul al XVIII-lea, au încercat să înlocuiască forța de muncă cu abur și au aplicat termenul „mașină” vehiculelor fără cale.

De ce este preluată vârsta mașinii din primele „mașini pe benzină” cu motor cu ardere internă, inventate și construite în 1885-1886? De parcă am uita de echipajele cu abur și baterie (electrice). Faptul este că motorul cu ardere internă a făcut o adevărată revoluție în tehnologia de transport. Pentru o lungă perioadă de timp, sa dovedit a fi cea mai consistentă cu ideea de mașină și, prin urmare, și-a păstrat poziția dominantă mult timp. Ponderea mașinilor cu motoare cu ardere internă este astăzi mai mult de 99,9% din transportul rutier mondial.<Anexa 1 >

Părțile principale ale motorului termic

În tehnologia modernă, energia mecanică este obținută în principal din energia internă a combustibilului. Dispozitivele care convertesc energia internă în energie mecanică se numesc motoare termice.<Anexa 2 >

Pentru a face munca arzând combustibil într-un dispozitiv numit încălzitor, puteți utiliza un cilindru în care gazul se încălzește și se extinde și mișcă pistonul.<Anexa 3 \u003e Gazul, a cărui expansiune determină deplasarea pistonului, se numește fluid de lucru. Gazul se extinde deoarece presiunea sa este mai mare decât presiunea externă. Dar pe măsură ce gazul se extinde, presiunea acestuia scade și mai devreme sau mai târziu va deveni egal cu presiunea externă. Apoi, expansiunea gazului se va termina și va înceta să mai funcționeze.

Ce trebuie făcut pentru ca motorul termic să nu înceteze să funcționeze? Pentru ca motorul să funcționeze continuu, este necesar ca pistonul, după expansiunea gazului, să revină de fiecare dată în poziția inițială, comprimând gazul în starea inițială. Compresia gazului poate avea loc numai sub acțiunea unei forțe externe, care, în acest caz, funcționează (forța presiunii gazului în acest caz funcționează negativ). După aceasta, pot apărea din nou procesele de expansiune și contracție a gazului. Aceasta înseamnă că lucrarea unui motor termic ar trebui să conste în repetarea periodică a proceselor (ciclurilor) de expansiune și contracție.

Figura 1 prezintă grafic procesele de expansiune a gazului (linia AB) și compresie la volumul original (linie CD).Lucrul gazului în timpul expansiunii este pozitiv ( AF\u003e 0 ABEF... Lucrul gazului în timpul comprimării este negativ (deoarece AF< 0 ) și este egal numeric cu aria figurii CDEF.Lucrarea utilă pentru acest ciclu este numerică egală cu diferența dintre zonele de sub curbe ABși CD(pictat peste figura).
Prezența unui încălzitor, a unui fluid de lucru și a unui frigider este o condiție fundamental necesară pentru funcționarea ciclică continuă a oricărui motor termic.

Eficiența motorului termic

Fluidul de lucru, care primește o anumită cantitate de căldură Q 1 de la încălzitor, dă o parte din această cantitate de căldură, modulo | Q2 |, la frigider. Prin urmare, munca depusă nu poate fi mai mare A \u003d Q 1 - | Q 2 |.Se numește raportul acestei lucrări cu cantitatea de căldură primită de gazul în expansiune de la încălzitor eficienţămașină de încălzit:

Eficiența unui motor termic care funcționează într-un ciclu închis este întotdeauna mai mică decât una. Sarcina ingineriei energiei termice este de a face eficiența cât mai mare posibil, adică de a folosi cât mai multă căldură primită de la încălzitor pentru lucru. Cum se poate realiza acest lucru?
Pentru prima dată, cel mai perfect proces ciclic, format din izoterme și adiabate, a fost propus de fizicianul și inginerul francez S. Carnot în 1824.

Ciclul Carnot.

Să presupunem că gazul se află într-un cilindru, ale cărui pereți și piston sunt din material termoizolant, iar fundul este dintr-un material cu conductivitate termică ridicată. Volumul ocupat de gaz este V 1.


Vom aduce cilindrul în contact cu încălzitorul (Figura 2) și vom permite gazului să se extindă izoterm și să efectueze lucrări . În același timp, gazul primește puțină căldură de la încălzitor. Q 1.Acest proces este reprezentat grafic de o izotermă (curbă AB).

Când volumul de gaz devine egal cu o anumită valoare V 1 '< V 2 , fundul cilindrului este izolat de încălzitor , după aceea gazul se extinde adiabatic la un volum V 2,corespunzând cursei maxime posibile a pistonului în cilindru (adiabat Soare). În acest caz, gazul este răcit la o temperatură T 2< T 1 .
Gazul răcit poate fi acum comprimat izoterm la o temperatură T2.Pentru a face acest lucru, trebuie să fie pus în contact cu un corp care are aceeași temperatură T 2,adică cu frigider , și comprimați gazul cu o forță externă. Cu toate acestea, în acest proces, gazul nu va reveni la starea inițială - temperatura acestuia va fi întotdeauna mai mică decât T 1.
Prin urmare, compresia izotermă este adusă la un anumit volum intermediar V 2 '\u003e V 1(izotermă CD). În acest caz, gazul emană o anumită cantitate de căldură la frigider. Q 2,egală cu munca de compresie efectuată asupra acestuia. După aceea, gazul este comprimat adiabatic la un volum V 1,în timp ce temperatura acestuia crește la T 1(adiabat DA). Acum, gazul a revenit la starea inițială, în care volumul său este egal cu V 1, temperatura este T 1,presiune - p 1, iar ciclul poate fi repetat din nou.

Deci, pe site ABCgazul funcționează (A\u003e 0), și pe site CDAse lucrează la gaz (ȘI< 0). Pe site-uri Soareși ANUNȚmunca se face numai prin schimbarea energiei interne a gazului. De la schimbarea energiei interne UBC \u003d -UDA, atunci munca pentru procesele adiabatice este egală: ABC \u003d –ADA.În consecință, munca totală efectuată pe ciclu este determinată de diferența dintre munca efectuată în timpul proceselor izoterme (secțiuni AB și CD). Numeric, această lucrare este egală cu aria figurii mărginită de curba ciclului ABCD.
Doar o parte din cantitatea de căldură este de fapt transformată în muncă utilă. QT,primit de la încălzitor, egal cu QT 1 - | QT 2 |.Deci, în ciclul Carnot, lucru util A \u003d QT 1 - | QT 2 |.
Eficiența maximă a unui ciclu ideal, așa cum arată S. Carnot, poate fi exprimată în termeni de temperatură a încălzitorului (T 1) și frigider (T 2):

În motoarele reale, nu este posibil să se efectueze un ciclu constând din procese izoterme și adiabatice ideale. Prin urmare, eficiența ciclului efectuat în motoare reale este întotdeauna mai mică decât eficiența ciclului Carnot (la aceleași temperaturi ale încălzitoarelor și frigiderelor):

Formula arată că cu cât temperatura încălzitorului este mai ridicată și cu cât temperatura frigiderului este mai mică, cu atât este mai mare eficiența motoarelor.

Problema numărul 703

Motorul funcționează pe ciclul Carnot. Cum se va schimba eficiența unui motor termic dacă, la o temperatură constantă a frigiderului de 17 ° C, temperatura încălzitorului crește de la 127 la 447 ° C?


Problema numărul 525

Determinați eficiența motorului tractorului, care a necesitat 1,5 kg de combustibil cu o putere calorică specifică de 4,2 107J / kg pentru a efectua lucrarea 1,9 · 107J / kg.


Efectuarea unui test pe computer pe un subiect.<Anexa 4 \u003e Lucrul cu un model de motor termic.

Se încarcă ...Se încarcă ...