การคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อน (ทฤษฎีบทของคาร์โนต์)

ของเหลวที่ใช้งานได้รับความร้อนจำนวนหนึ่ง Q 1 จากเครื่องทำความร้อนจะให้ความร้อนส่วนหนึ่งโมดูโล | Q2 | ไปยังตู้เย็น ดังนั้นงานที่ทำอยู่จึงไม่สามารถทำได้มากกว่านี้ A \u003d Q 1- | คำถาม 2 |.อัตราส่วนของงานนี้ต่อปริมาณความร้อนที่ได้รับจากก๊าซที่ขยายตัวจากเครื่องทำความร้อนเรียกว่า สัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์ เครื่องทำความร้อน:

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานในรอบปิดนั้นน้อยกว่าหนึ่งเสมอ งานของวิศวกรรมพลังงานความร้อนคือการทำให้ประสิทธิภาพสูงที่สุดนั่นคือการใช้ความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์ให้มากที่สุดในการทำงาน จะทำได้อย่างไร?
เป็นครั้งแรกที่กระบวนการวัฏจักรที่สมบูรณ์แบบที่สุดซึ่งประกอบด้วยไอโซเทอร์มและอะเดียแบตถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์และวิศวกรชาวฝรั่งเศส S.

วงจร Carnot

สมมติว่าก๊าซอยู่ในกระบอกสูบผนังและลูกสูบซึ่งทำจากวัสดุฉนวนความร้อนและด้านล่างทำจากวัสดุที่มีการนำความร้อนสูง ปริมาตรที่ครอบครองโดยก๊าซคือ V 1.

รูปภาพ 2

เราจะนำกระบอกสูบไปสัมผัสกับฮีตเตอร์ (รูปที่ 2) และปล่อยให้ก๊าซขยายตัวจากความร้อนและทำงาน . ในเวลาเดียวกันก๊าซได้รับความร้อนบางส่วนจากเครื่องทำความร้อน คำถามที่ 1.กระบวนการนี้แสดงเป็นกราฟิกโดยไอโซเทอร์ม (เส้นโค้ง AB).

รูปที่ 3

เมื่อปริมาตรก๊าซเท่ากับค่าหนึ่ง วี 1 '< V 2 , ด้านล่างของกระบอกสูบถูกแยกออกจากเครื่องทำความร้อน , หลังจากนั้นก๊าซจะขยายตัวเป็นปริมาตร วี 2,สอดคล้องกับจังหวะลูกสูบสูงสุดที่เป็นไปได้ในกระบอกสูบ (adiabat อา). ในกรณีนี้ก๊าซจะถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิ T 2< T 1 .
ขณะนี้ก๊าซที่ระบายความร้อนสามารถบีบอัดโดยความร้อนใต้พิภพที่อุณหภูมิ T2.ในการทำเช่นนี้เขาจะต้องสัมผัสกับร่างกายที่มีอุณหภูมิเท่ากัน ท 2,เช่นมีตู้เย็น , และบีบอัดก๊าซด้วยแรงภายนอก อย่างไรก็ตามในกระบวนการนี้ก๊าซจะไม่กลับคืนสู่สภาพเดิม - อุณหภูมิของมันจะต่ำกว่าเสมอ ที 1.
ดังนั้นการบีบอัดไอโซเทอร์มอลจึงถูกนำไปยังปริมาตรกลางที่แน่นอน V 2 '\u003e V 1(ไอโซเทอร์ม ซีดี). ในกรณีนี้ก๊าซจะให้ความร้อนจำนวนหนึ่งไปยังตู้เย็น คำถาม 2เท่ากับงานบีบอัดที่ทำกับมัน หลังจากนั้นก๊าซจะถูกบีบอัดแบบอะเดียแบติกให้ได้ปริมาตร วี 1,ในขณะที่อุณหภูมิสูงขึ้นถึง ที 1(อะเดียบัต DA). ตอนนี้ก๊าซกลับสู่สภาพเดิมซึ่งปริมาตรเท่ากับ V 1 อุณหภูมิคือ ท 1,ความดัน - หน้า 1และรอบสามารถทำซ้ำได้อีกครั้ง

ดังนั้นบนเว็บไซต์ ABCแก๊สทำงาน (A\u003e 0), และบนเว็บไซต์ CDAงานเสร็จแล้วกับแก๊ส (และ< 0). บนเว็บไซต์ อาและ ค.ศ.งานทำได้โดยการเปลี่ยนพลังงานภายในของก๊าซเท่านั้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน ยูบีซี \u003d - UDAจากนั้นงานสำหรับกระบวนการอะเดียแบติกจะเท่ากัน: ABC \u003d –ADAดังนั้นงานทั้งหมดที่ทำต่อรอบจะถูกกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างงานที่ทำระหว่างกระบวนการความร้อนใต้พิภพ (ส่วน AB และ ซีดี). ในเชิงตัวเลขงานนี้เท่ากับพื้นที่ของรูปที่ล้อมรอบด้วยเส้นโค้งของวงจร เอบีซีดี.
ความร้อนเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ QT,ได้รับจากเครื่องทำความร้อนเท่ากับ QT 1 - | QT 2 |.ดังนั้นในวงจร Carnot งานที่มีประโยชน์ A \u003d QT 1- | จำนวน 2 |.
ประสิทธิภาพสูงสุดของวงจรในอุดมคติดังที่แสดงโดย S. Carnot สามารถแสดงได้ในรูปของอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อน (ท 1) และตู้เย็น (ท 2):

ในเครื่องยนต์จริงไม่สามารถทำวงจรที่ประกอบด้วยกระบวนการไอโซเทอร์มอลและอะเดียแบติกในอุดมคติได้ ดังนั้นประสิทธิภาพของรอบที่ดำเนินการในเครื่องยนต์จริงจึงน้อยกว่าประสิทธิภาพของวงจร Carnot เสมอ (ที่อุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นเดียวกัน):

สูตรนี้แสดงให้เห็นว่ายิ่งอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนสูงขึ้นและอุณหภูมิของตู้เย็นยิ่งลดลงประสิทธิภาพของมอเตอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้น

Carnot Nicola Leonard Sadi (1796-1832) - วิศวกรและนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสที่มีพรสวรรค์ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งอุณหพลศาสตร์ ในงานของเขา "การสะท้อนแรงขับเคลื่อนของไฟและเกี่ยวกับเครื่องจักรที่สามารถพัฒนาพลังนี้ได้" (1824) เขาแสดงให้เห็นครั้งแรกว่าเครื่องยนต์ความร้อนสามารถทำงานได้เฉพาะในช่วงที่เปลี่ยนความร้อนจากร่างกายที่ร้อนเป็นเย็น Carnot ได้ประดิษฐ์เครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องจักรในอุดมคติและพิสูจน์แล้วว่าค่าสัมประสิทธิ์นี้เป็นค่าสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับความเป็นจริง เครื่องยนต์ความร้อน.
เพื่อช่วยในการวิจัยของเขา Carnot ได้ประดิษฐ์ (บนกระดาษ) ในปีพ. ศ. บทบาทที่สำคัญของเครื่องยนต์ Carnot ไม่เพียง แต่ในการนำไปใช้งานจริงเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สามารถอธิบายหลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนโดยทั่วไปได้ สิ่งที่สำคัญไม่น้อยไปกว่านั้นคือข้อเท็จจริงที่ว่า Carnot ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องยนต์ของเขาสามารถมีส่วนร่วมสำคัญในการพิสูจน์และเข้าใจกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการทั้งหมดในเครื่อง Carnot ถือเป็นดุลยภาพ (ย้อนกลับได้) กระบวนการย้อนกลับเป็นกระบวนการที่ดำเนินไปอย่างช้าๆจนถือได้ว่าเป็นการเปลี่ยนลำดับจากสถานะสมดุลหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งเป็นต้นและกระบวนการทั้งหมดนี้สามารถดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้ามได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนงานที่ทำและปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอน (โปรดทราบว่ากระบวนการจริงทั้งหมดไม่สามารถย้อนกลับได้) กระบวนการหรือวัฏจักรแบบวงกลมจะดำเนินการในเครื่องจักรซึ่งระบบหลังจากชุดของการเปลี่ยนแปลงกลับคืนสู่สถานะเดิม วัฏจักรคาร์โนต์ประกอบด้วยไอโซเทอร์ม 2 ตัวและอะเดียแบตสองตัว เส้นโค้ง A - B และ C - D เป็นไอโซเทอร์มและเส้นโค้ง B - C และ D - A เป็นอะเดียแบต ประการแรกก๊าซจะขยายตัวโดยไม่ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ T 1 ในเวลาเดียวกันเขาได้รับปริมาณความร้อน Q 1 จากเครื่องทำความร้อน จากนั้นจะขยายตัวแบบอะเดียแบติกและไม่แลกเปลี่ยนความร้อนกับร่างกายโดยรอบ ตามด้วยการบีบอัดความร้อนใต้พิภพของก๊าซที่อุณหภูมิ T 2 ก๊าซจะให้ปริมาณความร้อน Q 2 ไปยังตู้เย็นในกระบวนการนี้ ในที่สุดก๊าซจะถูกบีบอัดแบบอะเดียแบติกและกลับสู่สถานะเริ่มต้น ในระหว่างการขยายตัวของไอโซเทอร์มอลก๊าซจะทำงาน A "1\u003e 0 เท่ากับปริมาณความร้อน Q 1 ด้วยการขยายตัวแบบอะเดียแบติก B - C งานบวก A" 3 จะเท่ากับการลดลงของพลังงานภายในเมื่อก๊าซถูกทำให้เย็นลงจากอุณหภูมิ T 1 ถึงอุณหภูมิ T 2: A "3 \u003d - dU 1.2 \u003d U (T 1) -U (T 2) การบีบอัดไอโซเทอร์มอลที่อุณหภูมิ T 2 ต้องการงาน A 2 บนก๊าซก๊าซจะทำงานเชิงลบที่สอดคล้องกัน A "2 \u003d -A 2 \u003d Q 2 ในที่สุดการบีบอัดอะเดียแบติกต้องใช้งาน A 4 \u003d dU 2.1 บนแก๊ส การทำงานของก๊าซเอง A "4 \u003d -A 4 \u003d -dU 2.1 \u003d U (T 2) -U (T 1) ดังนั้นการทำงานทั้งหมดของก๊าซในสองกระบวนการอะเดียแบติกจึงเป็นศูนย์ในระหว่างวัฏจักรก๊าซจะทำงาน A" \u003d A "1 + ก "2 \u003d Q 1 + Q 2 \u003d | Q 1 | - | Q 2 |. งานนี้มีค่าเป็นตัวเลขเท่ากับพื้นที่ของรูปที่ล้อมรอบด้วยเส้นโค้งของวงจรในการคำนวณประสิทธิภาพจำเป็นต้องคำนวณงานระหว่างกระบวนการความร้อนใต้พิภพ A - B และ C - D การคำนวณนำไปสู่ผลลัพธ์ต่อไปนี้: (2) ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน Carnot เท่ากับอัตราส่วนของความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อน ความสำคัญหลักของสูตร (2) ที่ Carnot ได้รับสำหรับประสิทธิภาพของเครื่องจักรในอุดมคติคือการกำหนดประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ของเครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ Carnot พิสูจน์ทฤษฎีบทต่อไปนี้: จริงใด ๆ เครื่องยนต์ความร้อนการทำงานกับเครื่องทำความร้อนที่อุณหภูมิ T 1 และตู้เย็นอุณหภูมิ T 2 ไม่สามารถมีประสิทธิภาพที่เกินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจริงสูตร (2) ให้ขีด จำกัด ทางทฤษฎีสำหรับค่าสูงสุด ประสิทธิภาพเชิงความร้อน เครื่องยนต์ แสดงว่ายิ่งเครื่องยนต์ฮีตมีประสิทธิภาพมากเท่าไหร่อุณหภูมิของฮีตเตอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นและอุณหภูมิของตู้เย็นก็จะลดลง เฉพาะที่อุณหภูมิของตู้เย็นเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์เท่านั้นประสิทธิภาพจะเท่ากับ 1 ในเครื่องยนต์ความร้อนจริงกระบวนการต่างๆจะดำเนินไปอย่างรวดเร็วจนการลดลงและเพิ่มขึ้นของพลังงานภายในของสารทำงานที่มีการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรจะไม่มีเวลาชดเชยโดยการไหลเข้าของพลังงานจากเครื่องทำความร้อนและการถ่ายเทพลังงานไปยังตู้เย็น ดังนั้นจึงไม่สามารถรับรู้กระบวนการความร้อนใต้พิภพได้ เช่นเดียวกับกระบวนการอะเดียแบติกอย่างเคร่งครัดเนื่องจากไม่มีฉนวนกันความร้อนในอุดมคติ วัฏจักรที่ดำเนินการในเครื่องยนต์ความร้อนจริงประกอบด้วยไอโซโทปสองตัวและอะเดียแบตสองตัว (ในวงจรอ็อตโต) ของอะเดียแบตสองไอโซบาร์และไอโซฮอร์ (ในวงจรดีเซล) ของอะเดียแบตสองตัวและไอโซบาร์สองตัว (ในกังหันก๊าซ) เป็นต้นในกรณีนี้หนึ่งชิ้นควรมี โปรดจำไว้ว่าวัฏจักรเหล่านี้อาจเหมาะเช่นเดียวกับวงจร Karnot แต่สำหรับสิ่งนี้จำเป็นที่อุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นจะไม่คงที่เช่นเดียวกับในวัฏจักร Carnot แต่จะเปลี่ยนไปในลักษณะเดียวกับที่อุณหภูมิของสารทำงานเปลี่ยนแปลงในกระบวนการทำความร้อนและความเย็นแบบไอโซโคริก กล่าวอีกนัยหนึ่งสารที่ใช้งานได้จะต้องสัมผัสกับเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นจำนวนมาก - เฉพาะในกรณีนี้จะมีการถ่ายเทความร้อนแบบสมดุลบนไอโซชอร์ แน่นอนว่าในวัฏจักรของเครื่องยนต์ความร้อนจริงกระบวนการนั้นไม่มีความสมดุลอันเป็นผลมาจากประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจริงที่ช่วงอุณหภูมิเดียวกันนั้นต่ำกว่าประสิทธิภาพของวงจรคาร์โนต์มาก ในขณะเดียวกันนิพจน์ (2) มีบทบาทอย่างมากในอุณหพลศาสตร์และเป็น "สัญญาณ" ชนิดหนึ่งที่บ่งบอกถึงวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่แท้จริง
	ในวงจรออตโตก่อนอื่นส่วนผสมที่ทำงาน 1-2 จะถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบจากนั้นบีบอัดแอเดียแบติก 2-3 และหลังจากการเผาไหม้ไอโซโคริค 3-4 พร้อมกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความดันของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้การขยายตัวของอะเดียแบติก 4-5 จะเกิดขึ้นจากนั้นความดันไอโซคอริกจะลดลง 5 -2 และ isobaric ขับไล่ก๊าซไอเสียโดยลูกสูบ 2-1 เนื่องจากงานไม่ได้ดำเนินการบนไอโซโทปและการทำงานระหว่างการดูดส่วนผสมที่ใช้งานได้และการขับไล่ก๊าซไอเสียมีค่าเท่ากันและตรงข้ามกันการทำงานที่เป็นประโยชน์ในหนึ่งรอบจึงเท่ากับความแตกต่างระหว่างงานบนอะเดียแบตของการขยายตัวและการบีบอัดและแสดงเป็นภาพกราฟิกโดยพื้นที่รอบ
เมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจริงกับประสิทธิภาพของวัฏจักร Carnot ควรสังเกตว่าในนิพจน์ (2) อุณหภูมิ T 2 ในกรณีพิเศษอาจตรงกับอุณหภูมิโดยรอบซึ่งเราใช้สำหรับตู้เย็นในกรณีทั่วไปอุณหภูมิจะสูงกว่าอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่นในเครื่องยนต์ สันดาปภายใน T 2 ควรเข้าใจว่าเป็นอุณหภูมิของก๊าซไอเสียไม่ใช่อุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมที่ผลิตไอเสีย
	รูปแสดงวัฏจักรของเครื่องยนต์สันดาปภายในสี่จังหวะที่มีการเผาไหม้แบบไอโซแบริค (รอบดีเซล) แตกต่างจากรอบก่อนหน้านี้จะถูกดูดซึมในส่วนที่ 1-2 อากาศในบรรยากาศซึ่งอยู่ภายใต้การบีบอัดอะเดียแบติกในส่วนที่ 2-3 ถึง 3 10 6-3 10 5 Pa เชื้อเพลิงเหลวที่ฉีดเข้าไปจะจุดระเบิดในสภาพแวดล้อมที่มีการบีบอัดสูงซึ่งหมายถึงอากาศร้อนและเผาไหม้โดยไอโซบาติก 3-4 จากนั้นการขยายตัวของอะเดียแบติกของผลิตภัณฑ์เผาไหม้ 4-5 ส่วนที่เหลือของกระบวนการ 5-2 และ 2-1 ดำเนินการในลักษณะเดียวกับในรอบก่อนหน้า ควรจำไว้ว่าในเครื่องยนต์สันดาปภายในรอบจะถูกปิดตามเงื่อนไขเนื่องจากก่อนที่แต่ละรอบกระบอกสูบจะเต็มไปด้วยมวลของสารทำงานซึ่งในตอนท้ายของรอบจะถูกโยนออกจากกระบอกสูบ
แต่อุณหภูมิของตู้เย็นไม่สามารถต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบได้มากนัก คุณสามารถเพิ่มอุณหภูมิเครื่องทำความร้อนได้ อย่างไรก็ตามวัสดุใด ๆ (ของแข็ง) มีความต้านทานความร้อน จำกัด หรือทนต่อความร้อน เมื่อได้รับความร้อนจะค่อยๆสูญเสียคุณสมบัติในการยืดหยุ่นและที่อุณหภูมิสูงเพียงพอจะละลาย ตอนนี้ความพยายามหลักของวิศวกรมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยการลดแรงเสียดทานของชิ้นส่วนการสูญเสียเชื้อเพลิงเนื่องจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ฯลฯ ความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการเพิ่มประสิทธิภาพยังคงมีอยู่มากที่นี่ ดังนั้นสำหรับกังหันไอน้ำอุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิสุดท้ายของไอน้ำจะอยู่ที่ประมาณดังนี้: T 1 \u003d 800 K และ T 2 \u003d 300 K. ที่อุณหภูมิเหล่านี้ค่าสูงสุดของประสิทธิภาพคือ: มูลค่าที่แท้จริงของประสิทธิภาพเนื่องจากการสูญเสียพลังงานประเภทต่างๆอยู่ที่ประมาณ 40% ประสิทธิภาพสูงสุด - ประมาณ 44% มีเครื่องยนต์สันดาปภายใน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ ต้องไม่เกินค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ โดยที่ T 1 คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อนและ T 2 คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของตู้เย็น การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนและทำให้เครื่องยนต์เข้าใกล้ค่าสูงสุดเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด

อสมการ Clausius

(พ.ศ. 2397): ปริมาณความร้อนที่ระบบได้รับในกระบวนการวงกลมใด ๆ หารด้วยอุณหภูมิสัมบูรณ์ที่ได้รับ ( ให้ ปริมาณความร้อน) ไม่เป็นบวก

ปริมาณความร้อนที่ให้มา กึ่งคงที่ ที่ระบบได้รับไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางการเปลี่ยนแปลง (ถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของระบบเท่านั้น) - สำหรับ กึ่งคงที่ กระบวนการ ความไม่เท่าเทียมของ Clausius กลายเป็น ความเท่าเทียมกัน .

เอนโทรปีฟังก์ชันของรัฐ ส ระบบอุณหพลศาสตร์การเปลี่ยนแปลงที่ dS สำหรับการเปลี่ยนแปลงที่ย้อนกลับได้เล็กน้อยอย่างไม่สิ้นสุดในสถานะของระบบจะเท่ากับอัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่ระบบได้รับในกระบวนการนี้ (หรือนำออกไปจากระบบ) กับอุณหภูมิที่แน่นอน T:

ปริมาณ dSเป็นผลต่างทั้งหมดเช่น การรวมเข้ากับเส้นทางที่เลือกโดยพลการทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างค่า เอนโทรปี ในสถานะเริ่มต้น (A) และสุดท้าย (B):

ความร้อนไม่ใช่หน้าที่ของสถานะดังนั้นอินทิกรัลของδQจึงขึ้นอยู่กับเส้นทางการเปลี่ยนแปลงที่เลือกระหว่างสถานะ A และ B เอนโทรปี วัดเป็น J / (mol · deg)

แนวคิด เอนโทรปี ตามหน้าที่ของสถานะระบบถูกตั้งสมมติฐาน กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งแสดงออกผ่าน เอนโทรปี ความแตกต่างระหว่าง กระบวนการย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้... สำหรับ dS แรก\u003e δQ / T สำหรับ dS ที่สอง \u003d δQ / T

เอนโทรปีเป็นฟังก์ชัน กำลังภายใน ยู ระบบปริมาตร V และจำนวนโมล ฉันฉันส่วนประกอบ th เป็นฟังก์ชันลักษณะเฉพาะ (ดู. ศักยภาพทางอุณหพลศาสตร์). นี่เป็นผลมาจากหลักการแรกและที่สองของอุณหพลศาสตร์และเขียนโดยสมการ:

ที่ไหน ร - ความดัน, μ i - ศักยภาพทางเคมี ผมองค์ประกอบ th. อนุพันธ์ เอนโทรปี กับตัวแปรธรรมชาติ U, V. และ ฉัน มีค่าเท่ากัน:

ลิงค์สูตรง่ายๆ เอนโทรปี ด้วยความจุความร้อนที่ความดันคงที่ คพี และปริมาตรคงที่ ประวัติย่อ:

ผ่าน เอนโทรปี เงื่อนไขในการบรรลุสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ของระบบถูกกำหนดโดยความคงที่ของพลังงานภายในปริมาตรและจำนวนโมล ผมองค์ประกอบที่ -th (ระบบแยก) และสภาพความเสถียรของดุลยภาพดังกล่าว:

ก็หมายความว่า เอนโทรปี ระบบที่แยกได้ถึงจุดสูงสุดในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ กระบวนการที่เกิดขึ้นเองในระบบสามารถดำเนินไปในทิศทางที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น เอนโทรปี.

เอนโทรปีอยู่ในกลุ่มของฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ที่เรียกว่าฟังก์ชัน Massier-Planck ฟังก์ชันอื่น ๆ ที่อยู่ในกลุ่มนี้ - ฟังก์ชัน Massier ฉ 1 = S - (1 / T) U และฟังก์ชันพลังค์Ф 2 \u003d S - (1 / T) U - (p / T) Vสามารถหาได้โดยใช้การแปลง Legendre กับเอนโทรปี

ตามกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ (ดู. ทฤษฎีบทความร้อน ), การเปลี่ยนแปลง เอนโทรปี ในปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได้ระหว่างสารในสถานะควบแน่นมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์ที่ ที→0:

สมมุติฐานของพลังค์ (การกำหนดทางเลือกของทฤษฎีบทเชิงความร้อน) กำหนดสิ่งนั้น เอนโทรปี สารประกอบทางเคมีใด ๆ ในสถานะควบแน่นที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์เป็นศูนย์ตามเงื่อนไขและสามารถใช้เป็นจุดอ้างอิงเมื่อกำหนดค่าสัมบูรณ์ เอนโทรปี สารที่อุณหภูมิใด ๆ สมการ (1) และ (2) กำหนด เอนโทรปี ถึงระยะคงที่

ในทางเคมี อุณหพลศาสตร์ แนวคิดต่อไปนี้ใช้กันอย่างแพร่หลาย: มาตรฐาน เอนโทรปี S 0 เช่น เอนโทรปี ที่ความกดดัน ร\u003d 1.01 · 10 5 Pa (1 atm); มาตรฐาน เอนโทรปี ปฏิกิริยาเคมีเช่น ความแตกต่างของมาตรฐาน เอนโทรปีผลิตภัณฑ์และน้ำยา ฟันกรามบางส่วน เอนโทรปี ส่วนประกอบของระบบหลายองค์ประกอบ

ในการคำนวณสมดุลทางเคมีให้ใช้สูตร:

ที่ไหน ถึง - ค่าคงที่สมดุลและ - ตามลำดับมาตรฐาน พลังงานกิ๊บส์เอนทัลปีและเอนโทรปีของปฏิกิริยา ร - ก๊าซคงที่

ความหมายของแนวคิด เอนโทรปี สำหรับระบบไม่มีสมดุลนั้นขึ้นอยู่กับแนวคิดของสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ในท้องถิ่น ดุลยภาพในพื้นที่หมายถึงการเติมเต็มสมการ (3) สำหรับปริมาณเล็กน้อยของระบบที่ไม่สมดุลโดยรวม (ดู. อุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้). ในกรณีของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในระบบการผลิต (เกิดขึ้น) เอนโทรปี... ความแตกต่างเต็มรูปแบบ เอนโทรปี ถูกกำหนดในกรณีนี้โดยอสมการ Carnot-Clausius:

ที่ไหน dS i\u003e0 - ส่วนต่าง เอนโทรปีไม่เกี่ยวข้องกับการไหลของความร้อน แต่เกิดจากการผลิต เอนโทรปีเนื่องจากกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในระบบ ( การแพร่กระจาย. การนำความร้อน, ปฏิกริยาเคมี ฯลฯ ). การผลิตในท้องถิ่น เอนโทรปี (t - เวลา) แสดงเป็นผลรวมของผลคูณทางอุณหพลศาสตร์ทั่วไป X ผม ไปยังกระแสทางอุณหพลศาสตร์ทั่วไป จิ:

การผลิต เอนโทรปี เนื่องจากการแพร่กระจายของส่วนประกอบ ผม เนื่องจากแรงและการไหลของสสาร เจ; การผลิต เอนโทรปี เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมี - โดยแรง X \u003d A / Tที่ไหน และ- ความสัมพันธ์ทางเคมีและฟลักซ์ เจเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยา ในอุณหพลศาสตร์เชิงสถิติ เอนโทรปี ของระบบแยกถูกกำหนดโดยอัตราส่วน: โดยที่ k - ค่าคงที่ Boltzmann... - น้ำหนักทางอุณหพลศาสตร์ของสถานะเท่ากับจำนวนสถานะควอนตัมที่เป็นไปได้ของระบบโดยมีค่าพลังงานปริมาตรจำนวนอนุภาคที่กำหนด สภาวะสมดุลของระบบสอดคล้องกับความเท่าเทียมกันของประชากรของสถานะควอนตัมเดี่ยว (ไม่เสื่อมสภาพ) จากน้อยไปมาก เอนโทรปี ในกระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้มันเกี่ยวข้องกับการสร้างการกระจายพลังงานที่เป็นไปได้ของระบบระหว่างระบบย่อยแต่ละระบบ คำจำกัดความทั่วไปทางสถิติ เอนโทรปีซึ่งยังใช้กับระบบที่ไม่แยกส่วนเชื่อมต่อ เอนโทรปี ด้วยความน่าจะเป็นของไมโครสเตตที่แตกต่างกันดังนี้:

ที่ไหน w ผม - ความน่าจะเป็น ผมรัฐ.

แน่นอน เอนโทรปี สารประกอบทางเคมีถูกกำหนดโดยการทดลองส่วนใหญ่โดยวิธีแคลอรี่เมตริกตามอัตราส่วน:

การใช้หลักการที่สองช่วยให้คุณสามารถกำหนดได้ เอนโทรปี ปฏิกิริยาเคมีตามข้อมูลการทดลอง (วิธีแรงเคลื่อนไฟฟ้าวิธีความดันไอ ฯลฯ ) สามารถคำนวณได้ เอนโทรปี สารประกอบทางเคมีโดยวิธีอุณหพลศาสตร์เชิงสถิติโดยอาศัยค่าคงที่ของโมเลกุลน้ำหนักโมเลกุลเรขาคณิตของโมเลกุลความถี่ของการสั่นปกติ แนวทางนี้ประสบความสำเร็จสำหรับก๊าซในอุดมคติ สำหรับขั้นตอนควบแน่นการคำนวณทางสถิติให้ความแม่นยำต่ำกว่ามากและดำเนินการในบางกรณี ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านนี้

ธีมของตัวแปลงรหัส USE: หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเครื่องยนต์ความร้อนและการรักษาสิ่งแวดล้อม

ในระยะสั้น เครื่องทำความร้อน เปลี่ยนความอบอุ่นเป็นการทำงานหรือในทางกลับกันการทำงานให้เป็นความอบอุ่น
เครื่องยนต์ความร้อนมีสองประเภท - ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระบวนการที่เกิดขึ้นในนั้น

1. เครื่องยนต์ความร้อน แปลงความร้อนที่มาจากแหล่งภายนอกเป็นงานเชิงกล

2. เครื่องทำความเย็น ถ่ายเทความร้อนจากตัวที่ร้อนน้อยกว่าไปยังตัวที่ร้อนกว่าเนื่องจากการทำงานทางกลของแหล่งภายนอก

ลองพิจารณาประเภทของเครื่องยนต์ความร้อนเหล่านี้โดยละเอียด

เครื่องยนต์ความร้อน

เรารู้ดีว่าการทำงานกับร่างกายเป็นวิธีหนึ่งในการเปลี่ยนพลังงานภายในของมัน: งานที่เสร็จสมบูรณ์เหมือนเดิมจะสลายไปในร่างกายกลายเป็นพลังงานของการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายและปฏิสัมพันธ์ของอนุภาค

รูป: 1. เครื่องยนต์ร้อน

เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ในทางตรงกันข้ามดึงการทำงานที่มีประโยชน์ออกจากพลังงานภายในที่ "วุ่นวาย" ของร่างกาย การประดิษฐ์เครื่องยนต์ความร้อนได้เปลี่ยนโฉมหน้าของอารยธรรมมนุษย์อย่างสิ้นเชิง

แผนผังของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถแสดงได้ดังต่อไปนี้ (รูปที่ 1) มาทำความเข้าใจกันว่าองค์ประกอบของแผนภาพนี้หมายถึงอะไร

ร่างกายทำงาน เครื่องยนต์เป็นแก๊ส มันขยายตัวเคลื่อนลูกสูบและทำงานเชิงกลที่มีประโยชน์

แต่ในการบังคับให้ก๊าซขยายตัวการเอาชนะกองกำลังภายนอกจำเป็นต้องให้ความร้อนในอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิโดยรอบอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับสิ่งนี้ก๊าซจะถูกนำไปสัมผัสกับ เครื่องทำความร้อน - การเผาไหม้เชื้อเพลิง

ในกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงพลังงานที่สำคัญจะถูกปล่อยออกมาซึ่งส่วนหนึ่งใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ก๊าซ ก๊าซได้รับปริมาณความร้อนจากเครื่องทำความร้อน เนื่องจากความร้อนนี้ทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างมีประโยชน์

ทั้งหมดนี้ชัดเจน ตู้เย็นคืออะไรและทำไมถึงต้องการ?

ด้วยการขยายตัวของก๊าซเพียงครั้งเดียวเราสามารถใช้ความร้อนที่เข้ามาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดและเปลี่ยนเป็นการทำงานทั้งหมด ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องขยายก๊าซโดยความร้อนใต้พิภพ: กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์อย่างที่เราทราบให้เราในกรณีนี้

แต่ไม่มีใครต้องการการขยายเพียงครั้งเดียว เครื่องยนต์ต้องทำงานอยู่ เป็นวัฏจักรให้การเคลื่อนที่ของลูกสูบซ้ำเป็นระยะ ดังนั้นเมื่อสิ้นสุดการขยายตัวจะต้องบีบอัดก๊าซให้กลับคืนสู่สภาพเดิม

ในกระบวนการขยายตัวก๊าซจะทำงานในเชิงบวก ในกระบวนการบีบอัดงานบวกจะดำเนินการกับก๊าซ (และก๊าซเองก็ทำงานเชิงลบ) เป็นผลให้การทำงานที่มีประโยชน์ของก๊าซต่อรอบ:.

แน่นอนว่าต้องมี style \u003d "vertical-align: -20%;" class \u003d "tex" alt \u003d ""\u003eหรือ (มิฉะนั้นจะไม่มีจุดใดในเครื่องยนต์)

การบีบอัดก๊าซเราต้องทำงานน้อยกว่าก๊าซเมื่อขยายตัว

จะทำได้อย่างไร? คำตอบคือการบีบอัดก๊าซที่ความดันต่ำกว่าในระหว่างการขยายตัว กล่าวอีกนัยหนึ่งกระบวนการบีบอัดบนแผนภาพควรดำเนินไป ด้านล่าง กระบวนการขยายตัวนั่นคือวัฏจักรจะต้องผ่านไป ตามเข็มนาฬิกา (รูปที่ 2)

รูป: 2. รอบเครื่องยนต์ร้อน

ตัวอย่างเช่นในวัฏจักรในรูปการทำงานของก๊าซระหว่างการขยายตัวจะเท่ากับพื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยมคางหมูโค้ง ในทำนองเดียวกันการทำงานของก๊าซในการบีบอัดจะเท่ากับพื้นที่ของสี่เหลี่ยมคางหมูโค้งที่มีเครื่องหมายลบ เป็นผลให้การทำงานของก๊าซต่อรอบกลายเป็นบวกและเท่ากับพื้นที่รอบ

โอเค แต่คุณจะทำให้ก๊าซกลับสู่สภาพเดิมตามเส้นโค้งที่ต่ำกว่าได้อย่างไรเช่นผ่านรัฐที่มีแรงกดดันต่ำกว่า จำไว้ว่าสำหรับปริมาตรที่กำหนดอุณหภูมิยิ่งต่ำความดันก๊าซก็จะยิ่งลดลง ดังนั้นเมื่อบีบอัดก๊าซจะต้องผ่านสถานะที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า

นี่คือสิ่งที่ตู้เย็นมีไว้สำหรับ: ถึง เย็น ก๊าซในกระบวนการบีบอัด

ตู้เย็นอาจเป็นบรรยากาศ (สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน) หรือน้ำไหลระบายความร้อน (สำหรับกังหันไอน้ำ) เมื่อเย็นลงก๊าซจะระบายความร้อนบางส่วนไปยังตู้เย็น

ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ก๊าซได้รับต่อรอบจะเท่ากับ ตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์:

การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซต่อรอบอยู่ที่ไหน มันมีค่าเท่ากับศูนย์เนื่องจากก๊าซกลับสู่สถานะเดิม (และพลังงานภายในอย่างที่เราจำได้คือ ฟังก์ชั่นสถานะ). เป็นผลให้การทำงานของก๊าซต่อรอบเท่ากับ:

(1)

อย่างที่คุณเห็น: ไม่สามารถเปลี่ยนความร้อนที่มาจากเครื่องทำความร้อนให้เป็นการทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ส่วนหนึ่งของความร้อนจะต้องมอบให้กับตู้เย็นเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นวัฏจักรของกระบวนการ

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานของเชื้อเพลิงที่เผาไหม้เป็นงานเชิงกลคือประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน คืออัตราส่วนของการทำงานเชิงกลต่อปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน:

โดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ (1) เรายังมี

(2)

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนอย่างที่เราเห็นนั้นน้อยกว่าความสามัคคีเสมอ ตัวอย่างเช่นประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำจะอยู่ที่ประมาณและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในจะอยู่ที่ประมาณ

เครื่องทำความเย็น

ประสบการณ์ในชีวิตประจำวันและการทดลองทางกายภาพบอกเราว่าในกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนความร้อนจะถูกถ่ายเทจากร่างกายที่ร้อนกว่าไปสู่ความร้อนน้อยกว่า แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน ไม่เคยสังเกตกระบวนการที่เกิดจากการถ่ายเทความร้อนพลังงาน โดยธรรมชาติ ผ่านจากร่างกายที่เย็นไปสู่ร่างกายที่ร้อนซึ่งเป็นผลมาจากการที่ร่างกายที่เย็นจะเย็นลงมากยิ่งขึ้นและร่างกายที่ร้อนจะร้อนมากยิ่งขึ้น

รูป: 3. เครื่องทำความเย็น

คำสำคัญที่นี่คือ "ตามธรรมชาติ" หากคุณใช้แหล่งพลังงานภายนอกก็เป็นไปได้ค่อนข้างมากที่จะดำเนินกระบวนการถ่ายเทความร้อนจากร่างกายที่เย็นไปสู่ความร้อน นี่คือสิ่งที่ตู้เย็นทำ
รถยนต์.

เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ความร้อนกระบวนการในเครื่องทำความเย็นจะมีทิศทางตรงกันข้าม (รูปที่ 3)

ร่างกายทำงาน เรียกอีกอย่างว่าเครื่องทำความเย็น สารทำความเย็น... เพื่อความเรียบง่ายเราจะพิจารณาว่าเป็นก๊าซที่ดูดซับความร้อนระหว่างการขยายตัวและปล่อยออกมาในระหว่างการบีบอัด (ในโรงงานทำความเย็นจริงสารทำความเย็นเป็นสารละลายระเหยที่มีจุดเดือดต่ำซึ่งใช้ความร้อนระหว่างการระเหยและปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่น

ตู้เย็น ในเครื่องทำความเย็นเป็นตัวที่เอาความร้อนออก ตู้เย็นถ่ายโอนปริมาณความร้อนไปยังของเหลวที่ใช้งานได้ (ก๊าซ) อันเป็นผลมาจากการที่ก๊าซขยายตัว

ในระหว่างการบีบอัดก๊าซจะให้ความร้อนแก่ร่างกายที่อุ่นขึ้น - เครื่องทำความร้อน... เพื่อให้เกิดการถ่ายเทความร้อนก๊าซจะต้องถูกบีบอัดที่อุณหภูมิสูงกว่าในระหว่างการขยายตัว สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากงานที่ทำโดยแหล่งภายนอกเท่านั้น (ตัวอย่างเช่นมอเตอร์ไฟฟ้า (ในหน่วยทำความเย็นจริงมอเตอร์ไฟฟ้าจะสร้างแรงดันต่ำในเครื่องระเหยซึ่งเป็นผลมาจากการที่สารทำความเย็นเดือดและรับความร้อนในทางกลับกันในคอนเดนเซอร์มอเตอร์ไฟฟ้าจะสร้างขึ้น ความดันสูงซึ่งสารทำความเย็นจะควบแน่นและให้ความร้อน)) ดังนั้นปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังเครื่องทำความร้อนจึงมากกว่าปริมาณความร้อนที่ได้รับจากตู้เย็นเพียงแค่จำนวน:

ดังนั้นบนแผนภาพวงจรการทำงานของเครื่องทำความเย็นจะไป ทวนเข็มนาฬิกา... พื้นที่ของวงจรคืองานที่ทำโดยแหล่งภายนอก (รูปที่ 4)

รูป: 4. วงจร Chiller

วัตถุประสงค์หลักของเครื่องทำความเย็นคือการทำให้ถังเย็นลง (เช่นตู้แช่แข็ง) ในกรณีนี้อ่างเก็บน้ำนี้มีบทบาทเป็นตู้เย็นและสภาพแวดล้อมทำหน้าที่เป็นเครื่องทำความร้อน - ความร้อนที่ออกจากอ่างเก็บน้ำจะกระจายไปในนั้น

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็นคือ ค่าสัมประสิทธิ์การทำความเย็นเท่ากับอัตราส่วนของความร้อนที่นำออกจากตู้เย็นต่อการทำงานของแหล่งภายนอก:

ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพสามารถเป็นได้มากกว่าหนึ่ง ในตู้เย็นจริงจะใช้ค่าประมาณ 1 ถึง 3

มีแอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจอีกอย่างคือเครื่องทำความเย็นสามารถทำงานเป็น ปั๊มความร้อน... จากนั้นจุดประสงค์ของมันคือเพื่อให้ความร้อนแก่อ่างเก็บน้ำบางแห่ง (เช่นเพื่อให้ความร้อนในห้อง) เนื่องจากความร้อนที่ถูกกำจัดออกจากสิ่งแวดล้อม ในกรณีนี้อ่างเก็บน้ำนี้จะเป็นเครื่องทำความร้อนและสภาพแวดล้อมจะเป็นตู้เย็น

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนคือ ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนเท่ากับอัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังอ่างเก็บน้ำอุ่นกับการทำงานของแหล่งภายนอก:

ค่าสัมประสิทธิ์การทำความร้อนของปั๊มความร้อนจริงมักจะอยู่ในช่วง 3 ถึง 5

เครื่องทำความร้อน Karnot

ลักษณะที่สำคัญที่สุดของเครื่องยนต์ความร้อนคือค่าสูงสุดและต่ำสุดของอุณหภูมิของของเหลวทำงานในระหว่างรอบ ค่าเหล่านี้ตั้งชื่อตาม อุณหภูมิเครื่องทำความร้อน และ อุณหภูมิตู้เย็น.

เราได้เห็นแล้วว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนนั้นน้อยกว่าความสามัคคีอย่างเคร่งครัด คำถามที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ: อะไรคือประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ของเครื่องยนต์ความร้อนที่มีค่าคงที่ของอุณหภูมิเครื่องทำความร้อนและอุณหภูมิตู้เย็น?

ตัวอย่างเช่นให้อุณหภูมิสูงสุดของของเหลวทำงานของเครื่องยนต์เท่ากันและต่ำสุด - ขีด จำกัด ประสิทธิภาพทางทฤษฎีสำหรับมอเตอร์ดังกล่าวคืออะไร?

คำตอบสำหรับคำถามนี้ได้รับจากนักฟิสิกส์และวิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot ในปีพ. ศ. 2367

เขาคิดค้นและวิจัยเครื่องยนต์ความร้อนที่ยอดเยี่ยมโดยมีก๊าซในอุดมคติเป็นของเหลวที่ใช้งานได้ เครื่องนี้ใช้งานได้ วงจร Carnotประกอบด้วยไอโซเทอร์มสองตัวและอะเดียแบตสองตัว

พิจารณา วงจรโดยตรง เครื่อง Carnot หมุนตามเข็มนาฬิกา (รูปที่ 5) ในกรณีนี้เครื่องจะทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์ความร้อน

รูป: 5. วงจร Carnot

ไอโซเทอร์ม ... ที่ไซต์ก๊าซจะถูกนำไปสัมผัสกับความร้อนกับเครื่องทำความร้อนที่อุณหภูมิและขยายตัวจากความร้อน ปริมาณความร้อนถูกจ่ายจากเครื่องทำความร้อนและเปลี่ยนเป็นการทำงานในพื้นที่นี้อย่างสมบูรณ์:.

อเดียบัต ... เพื่อวัตถุประสงค์ในการบีบอัดในภายหลังจำเป็นต้องถ่ายโอนก๊าซไปยังโซนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ก๊าซจึงถูกหุ้มฉนวนความร้อนจากนั้นจะขยายตัวแบบอะเดียแบติกที่ไซต์

เมื่อขยายตัวก๊าซจะทำงานในเชิงบวกและด้วยเหตุนี้พลังงานภายในจึงลดลง:

ไอโซเทอร์ม ... ฉนวนกันความร้อนถูกถอดออกก๊าซจะถูกนำไปสัมผัสกับตู้เย็นอุณหภูมิ เกิดการบีบอัดไอโซเทอร์มอล ก๊าซจะให้ความร้อนในตู้เย็นและทำงานเชิงลบ

อเดียบัต ... ส่วนนี้จำเป็นในการทำให้ก๊าซกลับสู่สภาพเดิม ในระหว่างการบีบอัดอะเดียแบติกก๊าซจะทำงานเป็นลบและการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเป็นบวก: ก๊าซถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิเดิม

Karnot พบประสิทธิภาพของวงจรนี้ (น่าเสียดายที่การคำนวณอยู่นอกขอบเขตของหลักสูตรของโรงเรียน):

(3)

ยิ่งไปกว่านั้นเขาพิสูจน์ให้เห็นแล้วว่า ประสิทธิภาพของวงจร Carnot นั้นสูงที่สุดสำหรับเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดที่มีอุณหภูมิฮีตเตอร์และอุณหภูมิตู้เย็น .

ดังนั้นในตัวอย่างข้างต้นเรามี:

อะไรคือจุดของการใช้ไอโซเทอร์มและอะเดียแบตไม่ใช่กระบวนการอื่น ๆ

ปรากฎว่ากระบวนการไอโซเทอร์มอลและอะเดียแบติกทำให้เครื่องจักรคาร์โนต์ ย้อนกลับได้... สามารถเรียกใช้โดย วนกลับ (ทวนเข็มนาฬิกา) ระหว่างเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นเดียวกันโดยไม่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อื่น ๆ ในกรณีนี้เครื่อง Carnot จะทำหน้าที่เป็นเครื่องทำความเย็น

ความสามารถในการเรียกใช้เครื่อง Carnot ทั้งสองทิศทางมีบทบาทสำคัญมากในอุณหพลศาสตร์ ตัวอย่างเช่นข้อเท็จจริงนี้ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมในการพิสูจน์ประสิทธิภาพสูงสุดของวงจร Carnot เราจะกลับไปที่สิ่งนี้ในบทความถัดไปที่อุทิศให้กับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

เครื่องยนต์ความร้อนและการปกป้องสิ่งแวดล้อม

เครื่องยนต์ความร้อนก่อให้เกิดความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อสิ่งแวดล้อม การใช้อย่างแพร่หลายทำให้เกิดผลเสียมากมาย

การกระจายพลังงานความร้อนจำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศทำให้อุณหภูมิของโลกเพิ่มขึ้น สภาพภูมิอากาศร้อนคุกคามที่จะกลายเป็นธารน้ำแข็งละลายและภัยพิบัติร้ายแรง
การสะสมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศซึ่งทำให้การแผ่รังสีความร้อนของโลกเข้าสู่อวกาศช้าลง (ปรากฏการณ์เรือนกระจก) ยังนำไปสู่ภาวะโลกร้อน
เนื่องจากผลิตภัณฑ์เผาไหม้เชื้อเพลิงมีความเข้มข้นสูงสถานการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมจึงแย่ลง

สิ่งเหล่านี้เป็นปัญหาของอารยธรรม เพื่อต่อสู้กับผลกระทบที่เป็นอันตรายจากการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพลดการปล่อยสารพิษพัฒนาเชื้อเพลิงชนิดใหม่และใช้พลังงานอย่างประหยัด

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ตามกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานงานที่ทำโดยเครื่องยนต์จะเท่ากับ:

ความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อนคือความร้อนที่ให้กับตู้เย็น

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคืออัตราส่วนของงานที่เครื่องยนต์ทำกับปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน:

เนื่องจากในเครื่องยนต์ทั้งหมดความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกถ่ายเทไปยังตู้เย็นในทุกกรณี

ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อน Sadi Carnot วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส (1796 1832) ในผลงานของเขา "Reflections on the driving force of fire" (1824) ตั้งเป้าหมาย: ค้นหาว่าภายใต้เงื่อนไขใดที่การทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนจะมีประสิทธิภาพสูงสุดนั่นคือภายใต้เงื่อนไขใดที่เครื่องยนต์จะมีประสิทธิภาพสูงสุด

Carnot มาพร้อมกับเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติโดยมีก๊าซในอุดมคติเป็นของเหลวที่ใช้งานได้ เขาคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องนี้ที่ทำงานด้วยเครื่องทำความร้อนอุณหภูมิและตู้เย็นอุณหภูมิ

ความสำคัญหลักของสูตรนี้คือตามที่ Carnot พิสูจน์แล้วโดยอาศัยกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ว่าเครื่องยนต์ความร้อนจริงใด ๆ ที่ทำงานกับเครื่องทำความร้อนอุณหภูมิและเครื่องทำความเย็นอุณหภูมิไม่สามารถมีประสิทธิภาพที่สูงกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้

สูตร (4.18) ให้ขีด จำกัด ทางทฤษฎีสำหรับค่าสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน แสดงว่ายิ่งเครื่องยนต์ฮีตมีประสิทธิภาพมากเท่าไหร่อุณหภูมิของฮีตเตอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นและอุณหภูมิของตู้เย็นก็จะลดลง เฉพาะที่อุณหภูมิของตู้เย็นเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์

แต่อุณหภูมิของตู้เย็นไม่สามารถต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบได้มากนัก คุณสามารถเพิ่มอุณหภูมิเครื่องทำความร้อนได้ อย่างไรก็ตามวัสดุใด ๆ (ของแข็ง) มีความต้านทานความร้อน จำกัด หรือทนความร้อนได้ เมื่อได้รับความร้อนจะค่อยๆสูญเสียคุณสมบัติในการยืดหยุ่นและที่อุณหภูมิสูงเพียงพอจะละลาย

ตอนนี้ความพยายามหลักของวิศวกรมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยการลดแรงเสียดทานของชิ้นส่วนการสูญเสียเชื้อเพลิงเนื่องจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ฯลฯ ความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการเพิ่มประสิทธิภาพยังคงมีอยู่มากที่นี่ ดังนั้นสำหรับกังหันไอน้ำอุณหภูมิไอน้ำเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายจะอยู่ที่ประมาณดังนี้: ที่อุณหภูมิเหล่านี้ประสิทธิภาพสูงสุดคือ:

มูลค่าที่แท้จริงของประสิทธิภาพเนื่องจากการสูญเสียพลังงานประเภทต่างๆจะเท่ากับ:

การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนการทำให้เครื่องยนต์เข้าใกล้ค่าสูงสุดเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด

เครื่องยนต์ความร้อนและการอนุรักษ์ธรรมชาติ การใช้เครื่องยนต์ความร้อนอย่างแพร่หลายเพื่อให้ได้พลังงานที่สะดวกสำหรับการใช้งานในระดับสูงสุดเมื่อเปรียบเทียบกับ

กระบวนการผลิตประเภทอื่น ๆ ทั้งหมดเกี่ยวข้องกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์โดยหลักการแล้วการผลิตพลังงานไฟฟ้าและกลจะไม่สามารถทำได้โดยไม่ต้องกำจัดความร้อนจำนวนมากออกสู่สิ่งแวดล้อม สิ่งนี้ไม่สามารถนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปของอุณหภูมิเฉลี่ยบนโลก ตอนนี้การใช้พลังงานประมาณ 1010 กิโลวัตต์ เมื่อพลังงานนี้ถึงอุณหภูมิเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (ประมาณหนึ่งองศา) อุณหภูมิที่สูงขึ้นอีกอาจคุกคามการละลายของธารน้ำแข็งและระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นอย่างรุนแรง

แต่สิ่งนี้ไม่ได้ทำให้ผลเสียของการใช้เครื่องยนต์ความร้อนหมดไป เตาของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนเครื่องยนต์สันดาปภายในของรถยนต์ ฯลฯ ปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องสู่สารบรรยากาศที่เป็นอันตรายต่อพืชสัตว์และมนุษย์: สารประกอบกำมะถัน (ในระหว่างการเผาไหม้ของถ่านหิน) ไนโตรเจนออกไซด์ไฮโดรคาร์บอนคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ฯลฯ อันตรายโดยเฉพาะ ในแง่นี้รถยนต์จะแสดงจำนวนที่เพิ่มขึ้นอย่างน่าตกใจและการทำความสะอาดก๊าซไอเสียเป็นเรื่องยาก ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปัญหาในการกำจัดกากกัมมันตภาพรังสีที่เป็นอันตรายเกิดขึ้น

นอกจากนี้การใช้กังหันไอน้ำในโรงไฟฟ้าจำเป็นต้องมีพื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับบ่อเพื่อระบายไอน้ำออกจากการเพิ่มกำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าทำให้ความต้องการน้ำเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในปีพ. ศ. 2523 ในประเทศของเราเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้จำเป็นต้องมีเรื่องน้ำนั่นคือประมาณ 35% ของน้ำประปาสำหรับทุกภาคส่วนของเศรษฐกิจ

ทั้งหมดนี้ก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงมากมายสำหรับสังคม นอกเหนือจากภารกิจที่สำคัญที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนแล้วจำเป็นต้องดำเนินมาตรการหลายประการเพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพของโครงสร้างที่ป้องกันการปล่อยสารอันตรายสู่ชั้นบรรยากาศ เพื่อให้เกิดการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นในเครื่องยนต์รถยนต์ ตอนนี้รถยนต์ที่มีปริมาณ CO สูงในก๊าซไอเสียไม่ได้รับอนุญาตให้ทำงาน มีการกล่าวถึงความเป็นไปได้ในการสร้างยานยนต์ไฟฟ้าที่สามารถแข่งขันกับรถยนต์ทั่วไปและความเป็นไปได้ในการใช้เชื้อเพลิงโดยไม่มีสารอันตรายในก๊าซไอเสียเช่นในเครื่องยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจนกับออกซิเจนผสมกัน

เพื่อประหยัดพื้นที่และทรัพยากรน้ำขอแนะนำให้สร้างคอมเพล็กซ์ทั้งหมดของโรงไฟฟ้าโดยเฉพาะโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยมีวงจรการจ่ายน้ำแบบปิด

อีกทิศทางหนึ่งของความพยายามคือการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพื่อต่อสู้เพื่อการประหยัด

การแก้ปัญหาข้างต้นมีความสำคัญต่อมนุษยชาติ และปัญหาเหล่านี้กับความสำเร็จสูงสุดสามารถ

ได้รับการแก้ไขในสังคมสังคมนิยมด้วยการวางแผนพัฒนาเศรษฐกิจในระดับประเทศ แต่การจัดระเบียบการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมต้องใช้ความพยายามระดับโลก

1. กระบวนการใดที่เรียกว่าเปลี่ยนไม่ได้? 2. อะไรคือกระบวนการที่กลับไม่ได้โดยทั่วไปมากที่สุด? 3. ยกตัวอย่างกระบวนการกลับไม่ได้ที่ไม่ได้กล่าวถึงในข้อความ 4. กำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ 5. หากแม่น้ำไหลย้อนกลับการละเมิดกฎการอนุรักษ์พลังงานหมายความว่าอย่างไร? 6. อุปกรณ์อะไรเรียกว่าเครื่องยนต์ความร้อน? 7. อะไรคือบทบาทของเครื่องทำความร้อนตู้เย็นและสื่อการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน? 8. เหตุใดเครื่องยนต์ความร้อนจึงไม่สามารถใช้พลังงานภายในของมหาสมุทรเป็นแหล่งพลังงานได้? 9. ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเรียกว่าอะไร?

10. ค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคืออะไร?

\u003e\u003e ฟิสิกส์: หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องยนต์ความร้อน

พลังงานสำรองภายในเปลือกโลกและมหาสมุทรสามารถพิจารณาได้ไม่ จำกัด ในทางปฏิบัติ แต่เพื่อแก้ปัญหาในทางปฏิบัติมันไม่เพียงพอที่จะมีการสำรองพลังงาน นอกจากนี้ยังจำเป็นที่จะต้องสามารถใช้พลังงานเพื่อตั้งค่าในเครื่องมือเครื่องจักรที่เคลื่อนไหวในโรงงานและโรงงานวิธีการขนส่งรถแทรกเตอร์และเครื่องจักรอื่น ๆ เพื่อหมุนใบพัดของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า ฯลฯ มนุษยชาติต้องการมอเตอร์ - อุปกรณ์ที่สามารถทำงานได้ เครื่องยนต์ส่วนใหญ่บนโลกคือ เครื่องยนต์ความร้อน... เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานภายในของเชื้อเพลิงเป็นพลังงานกล
หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนเพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานได้จำเป็นต้องมีความแตกต่างของแรงดันทั้งสองด้านของลูกสูบเครื่องยนต์หรือใบพัดเทอร์ไบน์ ในเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดความแตกต่างของแรงดันนี้ทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิของของเหลวที่ใช้งาน (ก๊าซ) ขึ้นหลายร้อยหรือหลายพันองศาเมื่อเทียบกับอุณหภูมิโดยรอบ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้
หนึ่งในชิ้นส่วนหลักของเครื่องยนต์คือเรือบรรจุก๊าซที่มีลูกสูบเคลื่อนย้ายได้ ของเหลวที่ใช้งานได้สำหรับเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดคือก๊าซซึ่งจะทำงานระหว่างการขยายตัว ให้เราแสดงอุณหภูมิเริ่มต้นของของเหลวทำงาน (ก๊าซ) ผ่าน ที 1. อุณหภูมิในกังหันไอน้ำหรือเครื่องจักรได้มาจากไอน้ำในหม้อต้มไอน้ำ ในเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันก๊าซอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ภายในเครื่องยนต์เอง อุณหภูมิ ที 1 อุณหภูมิเครื่องทำความร้อน "
บทบาทของตู้เย็นเมื่อทำงานเสร็จแล้วก๊าซจะสูญเสียพลังงานและจะทำให้อุณหภูมิเย็นลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ T 2ซึ่งมักจะสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเล็กน้อย พวกเขาโทรหาเธอ อุณหภูมิตู้เย็น... ตู้เย็นเป็นบรรยากาศหรืออุปกรณ์พิเศษสำหรับระบายความร้อนและกลั่นตัวไอของเสีย - ตัวเก็บประจุ... ในกรณีหลังนี้อุณหภูมิของตู้เย็นอาจต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเล็กน้อย
ดังนั้นในเครื่องยนต์ของเหลวที่ใช้งานได้ระหว่างการขยายตัวจึงไม่สามารถทุ่มเทพลังงานภายในทั้งหมดให้กับการทำงานได้ ความร้อนส่วนหนึ่งจะถูกถ่ายเทไปยังตู้เย็น (บรรยากาศ) อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้พร้อมกับไอเสียหรือก๊าซไอเสียจากเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันก๊าซ พลังงานภายในส่วนนี้จะสูญเสียไป
เครื่องยนต์ความร้อนทำงานเนื่องจากพลังงานภายในของของเหลวที่ใช้งานได้ ยิ่งไปกว่านั้นในกระบวนการนี้ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากร่างกายที่ร้อนกว่า (เครื่องทำความร้อน) ไปยังตัวที่เย็นกว่า (ตู้เย็น)
แผนผังของเครื่องยนต์ความร้อนแสดงในรูปที่ 13.11
ร่างกายทำงานของเครื่องยนต์ได้รับปริมาณความร้อนจากเครื่องทำความร้อนระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง คำถามที่ 1ทำงาน ก´และถ่ายโอนปริมาณความร้อนไปยังตู้เย็น คำถาม 2 .
ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องยนต์ความร้อนความเป็นไปไม่ได้ของการแปลงพลังงานภายในของก๊าซไปสู่การทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนอย่างสมบูรณ์นั้นเกิดจากกระบวนการในธรรมชาติไม่สามารถย้อนกลับได้ หากความร้อนสามารถย้อนกลับจากตู้เย็นไปยังเครื่องทำความร้อนได้เองพลังงานภายในจะถูกเปลี่ยนเป็นงานที่มีประโยชน์โดยใช้เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ
ตามกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานงานที่ทำโดยเครื่องยนต์จะเท่ากับ:

ที่ไหน คำถามที่ 1 คือปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อนและ คำถาม 2 - ปริมาณความร้อนที่ให้กับตู้เย็น
ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องยนต์ความร้อนโทรทัศนคติในการทำงาน A´ผลิตโดยเครื่องยนต์ตามปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน:

เนื่องจากเครื่องยนต์ทั้งหมดถ่ายเทความร้อนบางส่วนไปยังตู้เย็นη<1.
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเครื่องทำความร้อนและตู้เย็น เมื่อไหร่ ท 1 - ท 2\u003d 0 มอเตอร์ไม่สามารถทำงานได้
ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อน กฎของอุณหพลศาสตร์ทำให้สามารถคำนวณประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานกับเครื่องทำความร้อนที่อุณหภูมิ ที 1และตู้เย็นที่มีอุณหภูมิ T 2... เป็นครั้งแรกที่วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot (1796-1832) ทำในงานของเขา "ภาพสะท้อนของแรงผลักดันจากไฟและเครื่องจักรที่สามารถพัฒนาพลังนี้ได้" (1824)
Carnot มาพร้อมกับเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติโดยมีก๊าซในอุดมคติเป็นของเหลวที่ใช้งาน เครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติของ Carnot ทำงานเป็นวงจรประกอบด้วยไอโซเทอร์มสองตัวและอะเดียแบตสองตัว ขั้นแรกให้เรือที่มีก๊าซสัมผัสกับเครื่องทำความร้อนก๊าซจะขยายตัวจากความร้อนทำงานในเชิงบวกที่อุณหภูมิ ท 1, ในขณะที่เขาได้รับปริมาณความร้อน คำถามที่ 1.
จากนั้นภาชนะจะถูกหุ้มด้วยฉนวนความร้อนก๊าซยังคงขยายตัวแบบอะเดียแบติกในขณะที่อุณหภูมิลดลงจนถึงอุณหภูมิของตู้เย็น T 2... หลังจากนั้นก๊าซจะสัมผัสกับตู้เย็นในระหว่างการบีบอัดความร้อนอุณหภูมิจะทำให้ตู้เย็นมีปริมาณความร้อน คำถาม 2หดตัวกับปริมาณ วี 4 ... จากนั้นเรือจะถูกหุ้มฉนวนกันความร้อนอีกครั้งก๊าซจะถูกบีบอัดแบบอะเดียแบติกให้ได้ปริมาตร V 1 และส่งคืนในสภาพเดิม
Carnot ได้รับการแสดงออกต่อไปนี้สำหรับประสิทธิภาพของเครื่องนี้:

อย่างที่คุณคาดหวังประสิทธิภาพของเครื่อง Carnot นั้นแปรผันตรงกับความแตกต่างของอุณหภูมิสัมบูรณ์ระหว่างเครื่องทำความร้อนและตู้เย็น
ความหมายหลักของสูตรนี้คือเครื่องทำความร้อนจริงที่ทำงานด้วยเครื่องทำความร้อนที่มีอุณหภูมิ ท 1, และตู้เย็นที่มีอุณหภูมิ T 2ไม่สามารถมีประสิทธิภาพที่เกินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้

สูตร (13.19) ให้ขีด จำกัด ทางทฤษฎีสำหรับค่าสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน แสดงว่ายิ่งเครื่องยนต์ฮีตมีประสิทธิภาพมากเท่าไหร่อุณหภูมิของฮีตเตอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นและอุณหภูมิของตู้เย็นก็จะลดลง เฉพาะที่อุณหภูมิของตู้เย็นเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์ η =1.
แต่อุณหภูมิของตู้เย็นในทางปฏิบัติไม่สามารถต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบได้ คุณสามารถเพิ่มอุณหภูมิเครื่องทำความร้อนได้ อย่างไรก็ตามวัสดุใด ๆ (ของแข็ง) มีความต้านทานความร้อน จำกัด หรือทนความร้อนได้ เมื่อได้รับความร้อนจะค่อยๆสูญเสียคุณสมบัติในการยืดหยุ่นและที่อุณหภูมิสูงเพียงพอจะละลาย
ตอนนี้ความพยายามหลักของวิศวกรมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยการลดแรงเสียดทานของชิ้นส่วนการสูญเสียเชื้อเพลิงเนื่องจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ฯลฯ ความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการเพิ่มประสิทธิภาพยังคงมีอยู่มากที่นี่ ดังนั้นสำหรับกังหันไอน้ำอุณหภูมิของไอน้ำเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายจะอยู่ที่ประมาณดังนี้: ที 1≈800 K และ T 2≈300 K. ที่อุณหภูมิเหล่านี้ค่าสูงสุดของประสิทธิภาพคือ:

มูลค่าที่แท้จริงของประสิทธิภาพเนื่องจากการสูญเสียพลังงานประเภทต่างๆอยู่ที่ประมาณ 40% เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพสูงสุด - ประมาณ 44%
การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนและการนำเข้าใกล้ค่าสูงสุดเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด
เครื่องยนต์ความร้อนทำงานเนื่องจากความแตกต่างของความดันก๊าซบนพื้นผิวของลูกสูบหรือใบพัดกังหัน ความแตกต่างของความดันนี้เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้นั้นแปรผันตามความแตกต่างของอุณหภูมินี้และแปรผกผันกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อน
เครื่องยนต์ความร้อนไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีตู้เย็นซึ่งโดยปกติจะเป็นบรรยากาศ

???
1. อุปกรณ์อะไรเรียกว่าเครื่องยนต์ความร้อน?
2. ฮีตเตอร์ตู้เย็นและของเหลวทำงานในเครื่องยนต์ความร้อนมีบทบาทอย่างไร?
3. อะไรที่เรียกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์?
4. ค่าสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคืออะไร?

G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N.N. Sotsky, ฟิสิกส์เกรด 10

เนื้อหาบทเรียน โครงร่างบทเรียน สนับสนุนกรอบการนำเสนอบทเรียนวิธีเร่งเทคโนโลยีแบบโต้ตอบ การปฏิบัติ งานและแบบฝึกหัดการฝึกอบรมการทดสอบตนเองการฝึกอบรมกรณีภารกิจการมอบหมายบ้านคำถามอภิปรายคำถามเกี่ยวกับวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียงคลิปวิดีโอและมัลติมีเดีย ภาพถ่าย, แผนภูมิรูปภาพ, ตาราง, โครงร่างอารมณ์ขัน, เรื่องตลก, ความสนุกสนาน, คำอุปมาการ์ตูน, คำพูด, ปริศนาอักษรไขว้, คำพูด อาหารเสริม บทคัดย่อ บทความชิปสำหรับหนังสือเรียนรู้คำศัพท์พื้นฐานและคำศัพท์เพิ่มเติมอื่น ๆ การปรับปรุงตำราและบทเรียน แก้ไขข้อบกพร่องในบทช่วยสอน การอัปเดตส่วนหนึ่งในองค์ประกอบของตำราเรียนของนวัตกรรมในบทเรียนแทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบ แผนปฏิทินสำหรับปีคำแนะนำระเบียบวิธีของโปรแกรมการสนทนา บทเรียนแบบบูรณาการ

หากคุณมีการแก้ไขหรือข้อเสนอแนะสำหรับบทเรียนนี้