Cieľ: oboznámiť sa s tepelnými motormi, ktoré sa používajú v modernom svete.
V priebehu našej práce sme sa pokúsili odpovedať na nasledujúce otázky:
Čo je tepelný motor?
Aký je princíp jeho fungovania?
Tepelná účinnosť motor?
Aké typy tepelných motorov existujú?
Kde sa používajú?
Rezervy vnútornej energie v zemskej kôre a oceánoch možno považovať za prakticky neobmedzené. Ale mať zásoby energie ešte nestačí. Je potrebné vedieť použiť energiu na uvedenie do pohybu obrábacích strojov v továrňach a závodoch, dopravných prostriedkov, traktorov a iných strojov, na otáčanie rotorov generátorov elektrického prúdu atď. Ľudstvo potrebuje motory - prístroje schopné vykonávať prácu. Väčšina motorov na Zemi sú tepelné motory.
V najjednoduchšom experimente, ktorý spočíva v tom, že sa do skúmavky naleje trochu vody a privedie sa k varu (a skúmavka sa spočiatku uzavrie zátkou), zátka pod tlakom vytvorenej pary stúpa a vystupuje von. Inými slovami, energia paliva sa premieňa na vnútornú energiu pary a rozširujúca sa para funguje a vyradí zástrčku. Takže vnútorná energia pary sa premieňa na kinetickú energiu zástrčky.
Ak je skúmavka nahradená silným kovovým valcom a zátka je nahradená piestom, ktorý tesne prilieha k stenám valca a voľne sa pohybuje pozdĺž nich, získate jednoduchý tepelný motor.
Tepelné motory sú stroje, v ktorých sa vnútorná energia paliva mení na mechanickú energiu.
Princípy činnosti tepelných motorov.
Aby mohol motor pracovať, je potrebný tlakový rozdiel na oboch stranách piestu alebo lopatiek turbíny. U všetkých tepelných motorov sa tento tlakový rozdiel dosahuje zvýšením teploty pracovnej tekutiny o stovky alebo tisíce stupňov v porovnaní s teplotou okolia. Tento nárast teploty nastáva pri spaľovaní paliva.
Pracovnou tekutinou pre všetky tepelné motory je plyn, ktorý vykonáva prácu pri expanzii. Vymenujme počiatočnú teplotu pracovnej tekutiny (plynu) cez T 1. Táto teplota v parných turbínach alebo strojoch sa získava parou v parnom kotle.
V motoroch vnútorné spaľovanie a plynové turbíny, zvýšenie teploty nastáva, keď sa palivo spaľuje vo vnútri samotného motora. Teplota T 1 nazývala teplota ohrievača.
Po dokončení práce plyn stráca energiu a nevyhnutne sa ochladzuje na určitú teplotu T 2. Táto teplota nemôže byť nižšia ako teplota okolia, pretože inak bude tlak plynu nižší ako atmosférický a motor nebude môcť pracovať. Teplota T2 je zvyčajne o niečo vyššia ako teplota okolia. Tomu sa hovorí teplota chladničky.Chladnička je atmosféra alebo špeciálne zariadenie na chladenie a kondenzáciu odpadovej pary - kondenzátory... V druhom prípade môže byť teplota chladničky nižšia ako teplota atmosféry.
Takže v motore nemôže pracovná kvapalina počas expanzie venovať všetku svoju vnútornú energiu výkonu práce. Časť tepla sa nevyhnutne prenáša do chladničky (atmosféry) spolu s výfukovými parami alebo výfukovými plynmi zo spaľovacích motorov a plynových turbín. Táto časť vnútornej energie sa stráca.
Tepelný motor vykonáva zľavu z dôvodu vnútornej energie pracovnej tekutiny. Navyše sa v tomto procese prenáša teplo z teplejších telies (ohrieva sa) na chladnejšie (chladnička).
P 
základná schéma je znázornená na obrázku.
Koeficient užitočná akcia (Účinnosť) tepelný motor.
Nemožnosť úplnej premeny vnútornej energie plynu na prevádzku tepelných motorov je spôsobená nezvratnosťou procesov v prírode. Ak by sa teplo mohlo spontánne vrátiť z chladničky do ohrievača, potom by sa mohla vnútorná energia pomocou akéhokoľvek tepelného motora úplne premeniť na užitočnú prácu.
Koeficient účinnosti tepelného motora η je pomer užitočnej práce Ap, vykonanej motorom, vyjadrený v percentách, k množstvu tepla Q 1 prijatému z ohrievača.
Vzorec:
Pretože všetky motory prenášajú trochu tepla do chladničky, η
Maximálna účinnosť
Z 
zákony termodynamiky umožňujú vypočítať maximálnu možnú účinnosť tepelného motora. Prvýkrát to urobil francúzsky inžinier a vedec Sadi Carnot (1796-1832) vo svojej práci „Úvahy o hnacej sile ohňa a o strojoch schopných vyvinúť túto silu“ (1824).
TO 
arno vynašiel ideálny tepelný motor s ideálnym plynom ako pracovnou tekutinou. Za účinnosť tohto stroja dostal nasledujúcu hodnotu:
T 1 - teplota ohrievača
T 2 - teplota chladničky
Ako Carnot dokázal, hlavný význam tohto vzorca je, že akýkoľvek skutočný tepelný motor pracujúci s ohrievačom s teplotou T 1 , a chladnička s teplotou T 2 , nemôže mať účinnosť, ktorá presahuje účinnosť ideálneho tepelného motora.
Vzorec udáva teoretický limit pre maximálnu účinnosť tepelných motorov. Ukazuje to, že čím účinnejší je tepelný motor, tým vyššia je teplota ohrievača a tým nižšia je teplota chladničky.
Teplota chladničky však nemôže byť nižšia ako teplota okolia. Môžete zvýšiť teplotu ohrievača. Akýkoľvek materiál (pevná látka) má však obmedzenú tepelnú odolnosť alebo tepelnú odolnosť. Zahriatím postupne stráca svoje elastické vlastnosti a pri dostatočne vysokej teplote sa topí.
Teraz je hlavné úsilie inžinierov zamerané na zvýšenie účinnosti motorov znížením trenia ich častí, strát paliva v dôsledku nedokončeného spaľovania atď. Skutočné možnosti zvýšenia účinnosti sú tu stále veľké.
Motor s vnútorným spaľovaním
Spaľovací motor je tepelný motor, ktorý ako pracovné médium využíva vysokoteplotné plyny vznikajúce pri spaľovaní kvapalného alebo plynného paliva priamo vo vnútri komory piestového motora.
Štruktúra štvortaktného automobilového motora.
valec,
spaľovacia komora,
piest,
prívodný ventil;
výstupný ventil,
sviečka;
ojnica;
zotrvačník.
| Nejaké informácie o motoroch | typ motora |
|
| Karburátor | Diesel |
|
| Pracovný orgán | Vzduch nasýtený parami benzínu | Vzduch |
| Palivo | Benzín | Olej na kúrenie, olej |
| Maximálny tlak v komore | 610 5 Pa | 1,510 6 - 3,510 6 Pa |
| Teplota dosiahnutá počas stlačenia pracovnej tekutiny | 360-400 ºС | 500 - 700 ° C |
| Teplota produktov spaľovania paliva | 1 800 ° | 1 900 ° C |
| Účinnosť: pre sériové stroje pre najlepšie vzorky | ||
Prevádzka ICE
1 hodiny - „nasávanie“ piest sa pohybuje nadol, cez sací ventil sa do spaľovacej komory nasáva horľavá zmes - benzínové pary so vzduchom. Na konci zdvihu sací ventil uzavrie;
2 hodiny - „kompresia“ - piest stúpa nahor a stláča horľavú zmes. Na konci úderu preskočí v sviečke iskra a vznieti sa horľavá zmes;
3 hodiny- "pracovný zdvih" - plynné produkty spaľovania dosahujú vysokú teplotu a tlak, s veľkou silou tlačia na piest, ktorý klesá dole a pomocou ojnice a kľuky poháňa kľukový hriadeľ;
4 hodiny - „výfuk“ - piest stúpa nahor a výstupným ventilom tlačí výfukové plyny do atmosféry. Teplota vypúšťaných plynov 500 0 
AT 
autá najčastejšie používajú štvorvalce. Práca valcov je koordinovaná tak, že v každom z nich prebieha pracovný zdvih postupne a kľukový hriadeľ neustále dostáva energiu z jedného z piestov. Nechýbajú ani osemvalce. Viacvalcové motory poskytujú lepšiu rovnomernosť otáčania hriadeľa a vyšší výkon.
Karburátorové motory sa používajú v osobných automobiloch s relatívne nízkym výkonom. Nafta - v ťažších strojoch vysokej sily (traktory, nákladné vozidlá, naftové lokomotívy),
na všetkých druhoch lodí.
Parná turbína
5
- hriadeľ, 4 - kotúč, 3 - para, 2 - čepele,
1 - lopatky.
Pparná turbína je hlavnou časťou parnej elektrárne. V parnej elektrárni vychádza z kotla do parného potrubia prehriata vodná para s teplotou asi 300 - 500 0 С a tlakom 17 - 23 MPa. Para poháňa rotor parnej turbíny, ktorá poháňa rotor elektrického generátora, ktorý generuje elektrický prúd. Odpadová para vstupuje do kondenzátora, kde sa skvapalňuje, výsledná voda sa čerpá do parného kotla a opäť sa mení na paru.
Atomizované kvapalné alebo tuhé palivo horí v kúrenisku a zohrieva kotol.
Štruktúra turbíny
Buben so systémom trysiek - špeciálne nakonfigurované rozširovacie trubice;
rotor - rotujúci disk so sústavou lopatiek.
Parné trysky, unikajúce z trysiek ohromnou rýchlosťou (600 - 800 m / s), sú smerované na listy rotora turbíny, tlačia na ne a poháňajú rotor do rotácie vysokou rýchlosťou (50 ot / s). Vnútorná energia pary sa mení na mechanickú energiu rotácie rotora turbíny. Pri výstupe z trysky sa para rozširuje, vykonáva prácu a ochladzuje sa. Využitá para vstupuje do parného potrubia, ktorého teplota sa v tomto okamihu mierne zvýši nad 100 ° C, potom para vstupuje do kondenzátora, ktorého tlak je niekoľkonásobne nižší ako atmosférický. Kondenzátor sa ochladí studenou vodou.
Prvú parnú turbínu, ktorá našla praktické uplatnenie, vyrobil G. Laval v roku 1889.
Použité palivo: tuhé uhlie, bridlica, rašelina; kvapalina - olej, vykurovací olej. Zemný plyn.
Turbíny sú inštalované v tepelných a jadrových elektrárňach. Vyrábajú viac ako 80% elektrickej energie. Na veľkých lodiach sú inštalované výkonné parné turbíny.
Plynová turbína
Dôležitou výhodou tejto turbíny je zjednodušená premena vnútornej energie plynu na rotačný pohyb hriadeľa.
Princíp činnosti
Stlačený vzduch s teplotou asi 200 ° C sa dodáva do spaľovacej komory plynovej turbíny pomocou kompresora a kvapalné palivo (petrolej, vykurovací olej) sa vstrekuje pod vysokým tlakom. Počas spaľovania paliva sa vzduch a produkty spaľovania zahrievajú na teplotu 1 500 - 2 200 ° C. Plyn pohybujúci sa vysokou rýchlosťou je smerovaný k lopatkám turbíny. Pri prechode z jedného rotora turbíny do druhého sa plyn vzdáva svojej vnútornej energie a vedie rotor do rotácie.
Pri odsávaní z plynovej turbíny má plyn teplotu 400 - 500 0 ° C.
Výsledná mechanická energia sa používa napríklad na otáčanie vrtule lietadla alebo rotora elektrického generátora.
Plynové turbíny sú motory s veľkým výkonom, a preto sa používajú v letectve
Prúdové motory
Princíp činnosti
V spaľovacej komore horí raketové palivo (napríklad prášková náplň) a výsledné plyny tlačia na steny komory veľkou silou. Na jednej strane komory je dýza, cez ktorú sú produkty spaľovania vylučované do okolitého priestoru. Na druhej strane rozpínajúce sa plyny tlačia raketu ako piest a tlačia ju dopredu.
P 
rakety Orok sú motory na tuhé palivá. Sú neustále pripravení na prácu, ľahko sa naštartujú, ale je nemožné zastaviť alebo ovládať takýto motor.
Raketové motory na kvapalné palivo sú oveľa spoľahlivejšie pri ovládaní a ich prívod paliva je možné regulovať.
V roku 1903 K. E. Tsiolkovskij navrhol návrh takejto rakety.
Prúdové motory sa používajú v kozmických raketách. Obrovské vzduchové vložky sú vybavené prúdovými a prúdovými motormi.
Použité zdroje
Fyzika. Žiacka príručka. Vedecký vývoj a kompilácia T. Feschenko, V. Vozhegová: M .: Filologická spoločnosť „Slovo“, spoločnosť „Klyuch-S“, 1995. - 576 s.
G. Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Fyzika: Učebnica. pre 10 cl. Streda šk. - 2. vyd. - M.: Education, 1992 .-- 222 s.: Ill.
ON. Baranova. Záverečná práca študenta kurzov ďalšieho vzdelávania v RCDC v rámci programu „Internetové technológie pre učiteľa predmetu“. Prezentácia tepelných motorov, 2005
http://pla.by.ru/art_altengines.htm - modely motorov a animované obrázky
http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic\u003d211269 Festival pedagogických myšlienok „Otvorená hodina 2004-2005“ L.V. Samoilov
http://old.prosv.ru/metod/fadeeva7-8-9/07.htm Fyzika 7-8-9 Kniha pre učiteľa A.A. Fadeeva, A.V. Bolt
Práca mnohých typov strojov sa vyznačuje takým dôležitým ukazovateľom, ako je účinnosť tepelného motora. Inžinieri sa každý rok snažia vytvoriť pokročilejšiu technológiu, ktorá by pri nižšej spotrebe paliva poskytla maximálny výsledok jej používania.
Zariadenie s tepelným motorom
Pred pochopením toho, čo to je, musíte pochopiť, ako tento mechanizmus funguje. Bez znalosti princípov jeho konania je nemožné zistiť podstatu tohto ukazovateľa. Tepelný motor je zariadenie, ktoré funguje pomocou vnútornej energie. Akýkoľvek tepelný motor, ktorý sa zmení na mechanický, využíva tepelnú rozťažnosť látok so zvýšením teploty. V polovodičových motoroch je možné meniť nielen objem hmoty, ale aj tvar tela. Pôsobenie takéhoto motora podlieha zákonom termodynamiky.
Princíp fungovania
Aby sme pochopili, ako tepelný motor funguje, je potrebné zvážiť základy jeho konštrukcie. Aby zariadenie fungovalo, sú potrebné dve telá: horúce (kúrenie) a studené (chladnička, chladič). Princíp činnosti tepelných strojov (účinnosť tepelných strojov) závisí od ich typu. Parný kondenzátor často funguje ako chladnička a akýkoľvek druh paliva, ktoré horí v peci, je ohrievač. Účinnosť ideálneho tepelného motora možno zistiť z tohto vzorca:
Účinnosť \u003d (kúrenie - chladenie) / kúrenie. x 100%.
Účinnosť skutočného motora zároveň nikdy nemôže prekročiť hodnotu získanú podľa tohto vzorca. Tento indikátor tiež nikdy nepresiahne vyššie uvedenú hodnotu. Na zlepšenie účinnosti sa najčastejšie zvyšuje teplota ohrievača a teplota chladničky. Oba tieto procesy budú obmedzené skutočnými prevádzkovými podmienkami zariadenia.
Počas prevádzky tepelného motora sa pracuje, pretože plyn začína strácať energiu a ochladzuje sa na určitú teplotu. Posledný menovaný je zvyčajne niekoľko stupňov nad okolitou atmosférou. To je teplota chladničky. Takéto špeciálne zariadenie je určené na chladenie s následnou kondenzáciou odpadovej pary. V prípade prítomnosti kondenzátorov je teplota chladničky niekedy nižšia ako teplota okolia.
V tepelnom motore nie je telo pri zahriatí a rozšírení schopné odovzdať všetku svoju vnútornú energiu potrebnú na prácu. Časť tepla sa prenesie do chladničky spolu s alebo v pare. Táto časť termálu je nevyhnutne stratená. Počas spaľovania paliva dostáva pracovná tekutina určité množstvo tepla Q 1 z ohrievača. Zároveň stále vykonáva prácu A, počas ktorej odovzdáva časť tepelnej energie do chladničky: Q 2 Účinnosť charakterizuje účinnosť motora pri premene a prenose energie. Tento ukazovateľ sa často meria v percentách. Vzorec účinnosti: η * A / Qx100%, kde Q je vynaložená energia, A je užitočná práca. Na základe zákona zachovania energie môžeme dospieť k záveru, že účinnosť bude vždy menšia ako jednota. Inými slovami, nikdy nebude užitočnejšia práca ako energia vynaložená na ňu. Účinnosť motora je pomer užitočnej práce k energii dodanej ohrievačom. Môže byť vyjadrený vo forme tohto vzorca: η \u003d (Q1-Q2) / Q1, kde Q1 je teplo prijaté z ohrievača a Q2 sa dáva do chladničky. Práca tepelného motora sa počíta podľa tohto vzorca: A \u003d | Q H | - | Q X |, kde A je práca, Q H je množstvo tepla prijatého z ohrievača, Q X je množstvo tepla dodaného chladiču. | Q H | - | Q X |) / | Q H | \u003d 1 - | Q X | / | Q H | Rovná sa pomeru práce vykonanej motorom k množstvu prijatého tepla. Pri tomto prenose sa stráca časť tepelnej energie. Maximálna účinnosť tepelného motora je pozorovaná v zariadení Carnot. To je spôsobené tým, že v tomto systéme záleží iba na absolútnej teplote ohrievača (Tn) a chladiča (Tx). Účinnosť pracujúceho tepelného motora je určená týmto vzorcom: (Тн - Тх) / Тн \u003d - Тх - Тн. V súčasnosti existuje veľa druhov tepelných motorov, ktoré pracujú na rôznych princípoch a na rôznych palivách. Všetky majú svoju vlastnú účinnosť. Patria sem tieto položky: Spaľovací motor (piest), čo je mechanizmus, pri ktorom sa časť chemickej energie spaľovacieho paliva premieňa na mechanickú energiu. Takéto zariadenia môžu byť plynné a kvapalné. Rozlišujú sa medzi 2- a 4-taktnými motormi. Môžu mať nepretržitý pracovný cyklus. Podľa spôsobu prípravy palivovej zmesi sú takýmito motormi karburátor (s vonkajšou tvorbou zmesi) a nafta (s vnútornou). Podľa typov prevodníkov energie sa delia na piestové, prúdové, turbínové a kombinované. Účinnosť takýchto strojov nepresahuje 0,5. Stirlingov motor je zariadenie, v ktorom je pracovná tekutina umiestnená v obmedzenom priestore. Je to akýsi druh spaľovacieho motora. Jeho princíp činnosti je založený na pravidelnom ochladzovaní / ohrievaní tela s príjmom energie v dôsledku zmeny jeho objemu. Je to jeden z najefektívnejších motorov. Turbínový (rotačný) motor so spaľovaním externého paliva. Takéto zariadenia sa najčastejšie nachádzajú v tepelných elektrárňach. Turbínový (rotačný) spaľovací motor sa používa v tepelných elektrárňach v špičkovom režime. Nie také bežné ako iné. Turbovrtuľový motor vďaka skrutke vytvára časť ťahu. Zvyšok získa z výfukových plynov. Jeho konštrukciou je rotačný motor, na ktorého hriadeli je namontovaná vzduchová vrtuľa. Raketa, prúdové a ktoré dostávajú ťah zo spätného toku výfukových plynov. Polovodičové motory používajú ako palivo tuhé telo. Pri práci sa nemení jeho objem, ale jeho tvar. Pri prevádzke zariadenia sa používa extrémne malý teplotný rozdiel. Je možné zvýšiť účinnosť tepelného motora? Odpoveď treba hľadať v termodynamike. Študuje vzájomné premeny rôznych druhov energie. Zistilo sa, že je nemožné previesť všetku dostupnú tepelnú energiu na elektrickú, mechanickú atď. K ich premene na tepelnú energiu zároveň dochádza bez akýchkoľvek obmedzení. To je možné vďaka skutočnosti, že povaha tepelnej energie je založená na neusporiadanom (chaotickom) pohybe častíc. Čím viac sa telo zahreje, tým rýchlejšie sa budú pohybovať jeho základné molekuly. Pohyb častíc bude ešte nepravidelnejší. Spolu s tým každý vie, že poriadok sa dá ľahko zmeniť na chaos, ktorý sa objednáva veľmi ťažko. V ôsmej triede sme sa už dotkli témy tepelných motorov. Pripomeňme, že tepelný motor je zariadenie, v ktorom sa vnútorná energia paliva premieňa na mechanickú energiu. Zvážte napríklad plyn vo valci pod piestom. Je zrejmé, že na uvedenie piestu do pohybu je potrebný tlakový rozdiel na oboch jeho stranách. V tepelných motoroch sa tento rozdiel dosahuje zvýšením teploty plynu. Zahriaty plyn má dostatočne veľkú vnútornú energiu a rozširuje sa, funguje. Ako sa však rozpína, plyn sa ochladzuje a stráca svoju vnútornú energiu. Samozrejme, pre normálnu prevádzku motora cyklickosť... To znamená, že po dokončení práce musí byť plyn uvedený do pôvodného stavu. Takže základná schéma činnosti tepelného motora je nasledovná: určité množstvo tepla sa prenáša z ohrievača na pracovnú tekutinu (t.j. plyn). To znamená spaľovanie paliva, v dôsledku čoho teplota plynu stúpa o stovky stupňov. Zvyšuje sa vnútorná energia plynu a vďaka nej robí prácu, kým sa ochladí na teplotu chladničky (úlohu chladničky zohráva spravidla životné prostredie). Je zrejmé, že plyn nemôže stratiť všetku svoju vnútornú energiu (pokiaľ sa ochladí na absolútnu nulu). Preto sa trochu tepla prenesie do chladničky. Nasledujúce množstvá sú dôležité vlastnosti tepelného motora: množstvo tepla prijatého z ohrievača, teplota ohrievača (tj. teplota vytvoreného plynu), teplota chladničky, množstvo tepla preneseného do chladničky a užitočná práca... Užitočná práca je definovaná ako rozdiel medzi množstvom tepla prijatého z ohrievača a množstvom tepla dodaného do chladničky: Samozrejme, každý motor sa vyznačuje takou hodnotou ako je účinnosť. Pre tepelný motor sa účinnosť rovná pomeru práce vykonanej motorom k množstvu tepla prijatého z ohrievača: Ak do tejto rovnice dosadíme výraz pre užitočnú prácu, zabezpečíme, aby účinnosť tepelného motora nemohla byť viac ako jedna (to znamená, že nesmie presiahnuť 100%): Pre názornosť môžeme graficky znázorniť činnosť tepelného motora. Zákony termodynamiky umožňujú vypočítať maximálnu možnú účinnosť pre daný tepelný motor. Vedec a inžinier Sadi Carnot to urobil prvýkrát. Carnot správne usúdil, že idealizovaný tepelný motor bude mať maximálnu účinnosť. V tomto tepelnom motore bola pracovnou tekutinou ideálny plyn a cyklus pozostával z dvoch izotermov a dvoch adiabatov: Carnotov cyklus teda popisuje maximálnu možnú prácu plynu s minimálnymi stratami energie. Maximálna možná účinnosť daného tepelného motora je teda určená pomerom rozdielu medzi teplotou ohrievača a teplotou chladničky k teplote ohrievača: Je potrebné poznamenať, že v tejto rovnici by sa mala použiť stupnica absolútnej teploty. Ako je zrejmé zo vzorca, táto účinnosť nemôže byť väčšia ako jednota, pokiaľ sa teplota chladničky nerovná absolútnej nule. Na základe všetkého vyššie uvedeného môžeme konštatovať nasledovné: Účinnosť ktoréhokoľvek tepelného motora nemôže prekročiť účinnosť ideálneho tepelného motora. Príklady riešenia problémov. Cieľ 1.Teplota chladničky je 20 ℃. Aká musí byť teplota ohrievača, aby bolo možné dosiahnuť účinnosť tepelného motora na úrovni 85%? Cieľ 2.Spaľovací motor odviedol užitočnú prácu rovnajúcu sa 45 MJ. Ak je účinnosť tohto motora 55%, potom koľko litrov benzínu sa spotrebovalo na dokončenie tejto práce? Hustota benzínu je 710 kg / m 𝟑. Pracovná tekutina, ktorá prijíma určité množstvo tepla Q 1 z ohrievača, dodáva časť tohto množstva tepla, modulo | Q2 |, do chladničky. Preto nemôže byť vykonaná práca viac A \u003d Q 1- | Q 2 |.Pomer tejto práce k množstvu tepla prijatého expandujúcim plynom z ohrievača sa nazýva efektívnosť
tepelný stroj: Účinnosť tepelného motora pracujúceho v uzavretom cykle je vždy nižšia ako jedna. Úlohou tepelnej energetiky je dosiahnuť čo najvyššiu účinnosť, to znamená čo najväčšie množstvo tepla prijatého z ohrievača na prácu. Ako je to možné dosiahnuť? Carnotov cyklus. Predpokladajme, že plyn je vo valci, ktorého steny a piest sú vyrobené z tepelnoizolačného materiálu a dno je vyrobené z materiálu s vysokou tepelnou vodivosťou. Objem zaberaný plynom je V 1. Obrázok 2 Uvedieme valec do kontaktu s ohrievačom (obrázok 2) a necháme plyn izotermicky expandovať a vykonávať práce .
Plyn zároveň prijíma určité množstvo tepla z ohrievača. Q 1.Tento proces je graficky znázornený izotermou (krivka AB). Obrázok 3 Keď sa objem plynu rovná istej hodnote V 1 '< V 2 ,
spodok valca je izolovaný od ohrievača ,
potom sa plyn adiabaticky rozšíri na objem V 2,zodpovedajúci maximálnemu možnému zdvihu piestu vo valci (adiabat slnko). V tomto prípade sa plyn ochladí na teplotu T 2< T 1 .
Takže na webe ABCplyn funguje (A\u003e 0), a na stránke CDApracuje sa na plyne (A< 0).
Na stránkach slnkoa ADpráca sa vykonáva iba zmenou vnútornej energie plynu. Od zmeny vnútornej energie UBC \u003d - UDA, potom je práca pre adiabatické procesy rovnaká: ABC \u003d –ADA.Následne je celková práca vykonaná za cyklus určená rozdielom medzi prácou vykonanou počas izotermických procesov (oddiely AB a CD). Numericky sa táto práca rovná oblasti obrázku ohraničenej krivkou cyklu A B C D. V skutočných motoroch nie je možné uskutočniť cyklus pozostávajúci z ideálnych izotermických a adiabatických procesov. Preto je účinnosť cyklu uskutočňovaného v skutočných motoroch vždy nižšia ako účinnosť Carnotovho cyklu (pri rovnakých teplotách ohrievačov a chladničiek): Vzorec ukazuje, že čím vyššia je teplota ohrievača a čím nižšia je teplota chladničky, tým vyššia je účinnosť motorov. Clausiova nerovnosť Dodané množstvo tepla kvázi staticky získaný systémom nezávisí od prechodovej cesty (určenej iba počiatočným a konečným stavom systému) - pre kvázistatická
procesy Clausiova nerovnosť sa mení na rovnosť
. Entropia, funkcia štátu S termodynamický systém, ktorého zmena dS pre nekonečne malú reverzibilnú zmenu stavu systému sa rovná pomeru množstva tepla prijatého do systému v tomto procese (alebo odobratého zo systému) k absolútnej teplote T:
Množstvo dSje totálny rozdiel, t.j. jeho integrácia pozdĺž ľubovoľne zvolenej cesty dáva rozdiel medzi hodnotami entropia v počiatočnom (A) a konečnom (B) stave: Teplo nie je funkciou stavu; preto integrál δQ závisí od zvolenej cesty prechodu medzi stavmi A a B. Entropia merané v J / (mol. stupeň). Koncepcia entropia sa predpokladá funkcia systému druhý zákon termodynamiky, ktorý vyjadruje prostredníctvom entropia rozdiel medzi nezvratné a reverzibilné procesy... Pre prvý dS\u003e δQ / T pre druhý dS \u003d δQ / T. Entropia ako funkcia vnútorná energia U systém, objem V a počet mólov n i iTáto zložka je charakteristickou funkciou (pozri. Termodynamické potenciály). Je to dôsledok prvého a druhého princípu termodynamiky a je zapísané rovnicou: kde r - tlak, μ i - chemický potenciál ith zložka. Deriváty entropia o prírodných premenných U, V a n i sú si rovné: Odkaz na jednoduché vzorce entropia s tepelnými kapacitami pri konštantnom tlaku C str a konštantný objem Životopis: Skrz entropia podmienky na dosiahnutie termodynamickej rovnováhy systému sú formulované s konštantnou vnútornou energiou, objemom a počtom mólov i-stá zložka (izolovaný systém) a podmienky stability pre takúto rovnováhu: Znamená to, že entropia izolovaná sústava dosahuje maximum v stave termodynamickej rovnováhy. Spontánne procesy v systéme môžu prebiehať iba smerom k zvyšovaniu entropia. Entropia patrí do skupiny termodynamických funkcií nazývaných Massier-Planckove funkcie. Ostatné funkcie patriace do tejto skupiny - Masívnejšia funkcia F 1 = S - (1 / T) U a Planckova funkcia Ф 2 \u003d S - (1 / T) U - (p / T) V, je možné získať aplikáciou Legendrovej transformácie na entropiu. Podľa tretieho termodynamického zákona (pozri. Termická veta), zmena entropia v reverzibilnej chemickej reakcii medzi látkami v kondenzovanom stave má tendenciu k nule pri T→0: Planckov postulát (alternatívna formulácia tepelnej vety) to ustanovuje entropia akákoľvek chemická zlúčenina v kondenzovanom stave pri absolútnej nulovej teplote je podmienene nulová a možno ju brať ako referenčný bod pri určovaní absolútnej hodnoty entropia látok pri akejkoľvek teplote. Určujú sa rovnice (1) a (2) entropia až do stáleho obdobia. V chemickom termodynamika široko používané sú tieto pojmy: štandardné entropia S 0, t.j. entropia pri tlaku r\u003d 1,01 · 105 Pa (1 atm); štandard entropia chemická reakcia t.j. rozdiel normy entropiavýrobky a činidlá; čiastočné molárne entropia zložka viaczložkového systému. Na výpočet chemických rovnováh použite vzorec: kde TO - rovnovážna konštanta, a sú štandardne gibbsova energiaentalpia a entropia reakcie; R -plynová konštanta. Vymedzenie pojmu entropia pre nerovnovážny systém je založený na koncepcii lokálnej termodynamickej rovnováhy. Lokálna rovnováha znamená splnenie rovnice (3) pre malé objemy nerovnovážneho systému ako celku (pozri. Termodynamika nevratných procesov). V prípade nezvratných procesov v systéme, výroba (výskyt) entropia... Plný diferenciál entropia je v tomto prípade definovaná Carnot-Clausiovou nerovnosťou: kde dS i\u003e0 - rozdiel entropianesúvisí s tepelným tokom, ale s výrobou entropiav dôsledku nezvratných procesov v systéme ( difúzia. tepelná vodivosť, chemické reakcie atď.). Miestna výroba entropia (t - čas) je vyjadrený ako súčet súčinov zovšeobecnených termodynamických síl X i k zovšeobecneným termodynamickým tokom J i: Výroba entropia napríklad z dôvodu difúzie súčasti i v dôsledku sily a toku hmoty J; výroba entropia v dôsledku chemickej reakcie - silou X \u003d A / Tkde A-chemická afinita a tok Jrovná reakčnej rýchlosti. V štatistickej termodynamike entropia izolovaného systému je určený pomerom: kde k - boltzmannova konštanta... - termodynamická váha stavu, rovná sa počtu možných kvantových stavov sústavy s danými hodnotami energie, objemu, počtu častíc. Rovnovážny stav systému zodpovedá rovnosti populácií jednotlivých (nedegenerovaných) kvantových stavov. Vzostupne entropia v nezvratných procesoch je to spojené so zriadením pravdepodobnejšieho rozdelenia danej energie systému medzi jednotlivé subsystémy. Zovšeobecnená štatistická definícia entropia, čo platí aj pre neizolované systémy, sa pripája entropia s pravdepodobnosťou rôznych mikrostavov nasledovne: kde w i - pravdepodobnosť ith štát. Absolútne entropia chemická zlúčenina sa stanoví experimentálne, hlavne kalorimetrickou metódou, na základe pomeru: Použitie druhého princípu vám umožňuje definovať entropia chemické reakcie podľa experimentálnych údajov (metóda elektromotorických síl, metóda tlaku pár atď.). Možný výpočet entropia chemické zlúčeniny metódami štatistickej termodynamiky na základe molekulových konštánt, molekulovej hmotnosti, geometrie molekúl, frekvencie normálnych vibrácií. Tento prístup sa úspešne uplatňuje pri ideálnych plynoch. Pre kondenzované fázy poskytuje štatistický výpočet oveľa menšiu presnosť a vykonáva sa v obmedzenom počte prípadov; v posledných rokoch sa v tejto oblasti dosiahol značný pokrok. Téma: „Princíp činnosti tepelného motora. Zahrejte stroj s najvyššou účinnosťou “. Formulár: Kombinovaná hodina s využitím výpočtovej techniky. Ciele: Plán lekcie. P / p č. Otázky Čas Teoretický materiál Odpradávna sa človek chcel oslobodiť od fyzického úsilia alebo ich pri pohybe niečím odľahčiť, mať viac sily, rýchlosti. Týkalo sa to hodiniek, automatických bábik, všetkých druhov mechanizmov, všeobecne, všetkého, čo slúžilo ako doplnok k „pokračovaniu“, „zdokonaľovaniu“ človeka. V 18. storočí sa pokúsili nahradiť pracovnú silu parou a na bezkolejové vozidlá aplikovali výraz „auto“. Prečo je vek automobilu prevzatý z prvých „benzínových automobilov“ so spaľovacím motorom, ktoré boli vynájdené a vyrobené v rokoch 1885-1886? Ako keby zabudli na parné a batériové (elektrické) posádky. Faktom je, že spaľovací motor urobil skutočnú revolúciu v dopravnej technológii. Dlhodobo sa ukázalo, že je to najkonzistentnejšie s predstavou automobilu, a preto si dlho zachovalo svoje dominantné postavenie. Podiel automobilov so spaľovacím motorom dnes predstavuje viac ako 99,9% svetovej cestnej dopravy.<Príloha 1
> Hlavné časti tepelného motora V modernej technológii sa mechanická energia získava hlavne z vnútornej energie paliva. Zariadenia, v ktorých dochádza k premene vnútornej energie na mechanickú, sa nazývajú tepelné motory.<Dodatok 2
> Na vykonanie práce spaľovaním paliva v zariadení zvanom ohrievač môžete použiť valec, v ktorom sa plyn zahrieva, rozširuje a pohybuje piestom.<Dodatok 3
\u003e Plyn, ktorého expanzia spôsobí pohyb piestu, sa nazýva pracovná tekutina. Plyn sa rozpína, pretože jeho tlak je vyšší ako vonkajší tlak. Ale ako plyn expanduje, jeho tlak klesá a skôr či neskôr sa vyrovná vonkajšiemu tlaku. Potom sa expanzia plynu skončí a prestane pracovať. Čo treba urobiť, aby tepelný motor neprestal pracovať? Aby motor mohol pracovať nepretržite, je potrebné, aby sa piest po expanzii plynu vždy vrátil do svojej pôvodnej polohy a stlačil plyn do pôvodného stavu. Ku stlačeniu plynu môže dôjsť iba pôsobením vonkajšej sily, ktorá v tomto prípade funguje (sila tlaku plynu v tomto prípade záporná). Potom môžu opäť nastať procesy expanzie a kontrakcie plynu. To znamená, že práca tepelného motora by mala pozostávať z periodicky sa opakujúcich procesov (cyklov) expanzie a kontrakcie. Obrázok 1 zobrazuje graficky procesy expanzie plynu (čiara AB) a kompresia na pôvodný objem (riadok CD).Práca plynu počas expanzie je pozitívna ( AF\u003e 0 ABEF... Práca plynu počas kompresie je negatívna (od AF< 0
) a je číselne rovná ploche obrázka CDEF.Užitočná práca pre tento cyklus sa číselne rovná rozdielu v oblastiach pod krivkami ABa CD(na obrázku prelakované). Účinnosť tepelného motora Pracovná tekutina, ktorá prijíma určité množstvo tepla Q 1 z ohrievača, dodáva časť tohto množstva tepla, modulo | Q2 |, do chladničky. Preto nemôže byť vykonaná práca viac A \u003d Q 1 - | Q 2 |.Pomer tejto práce k množstvu tepla prijatého expandujúcim plynom z ohrievača sa nazýva efektívnosťtepelný stroj: Účinnosť tepelného motora pracujúceho v uzavretom cykle je vždy nižšia ako jedna. Úlohou tepelnej energetiky je dosiahnuť čo najvyššiu účinnosť, to znamená čo najväčšie množstvo tepla prijatého z ohrievača na prácu. Ako je to možné dosiahnuť? Carnotov cyklus. Predpokladajme, že plyn je vo valci, ktorého steny a piest sú vyrobené z tepelnoizolačného materiálu a dno je vyrobené z materiálu s vysokou tepelnou vodivosťou. Objem zaberaný plynom je V 1. Uvedieme valec do kontaktu s ohrievačom (obrázok 2) a necháme plyn izotermicky expandovať a vykonávať práce .
Plyn zároveň prijíma určité množstvo tepla z ohrievača. Q 1.Tento proces je graficky znázornený izotermou (krivka AB). Keď sa objem plynu rovná istej hodnote V 1 '< V 2 ,
spodok valca je izolovaný od ohrievača ,
potom sa plyn adiabaticky rozšíri na objem V 2,zodpovedajúci maximálnemu možnému zdvihu piestu vo valci (adiabat slnko). V tomto prípade sa plyn ochladí na teplotu T 2< T 1 .
Takže na webe ABCplyn funguje (A\u003e 0), a na stránke CDApracuje sa na plyne (A< 0).
Na stránkach slnkoa ADpráca sa vykonáva iba zmenou vnútornej energie plynu. Od zmeny vnútornej energie UBC \u003d -UDA, potom je práca pre adiabatické procesy rovnaká: ABC \u003d –ADA.Následne je celková práca vykonaná za cyklus určená rozdielom medzi prácou vykonanou počas izotermických procesov (oddiely AB a CD). Numericky sa táto práca rovná oblasti obrázku ohraničenej krivkou cyklu A B C D. V skutočných motoroch nie je možné uskutočniť cyklus pozostávajúci z ideálnych izotermických a adiabatických procesov. Preto je účinnosť cyklu uskutočňovaného v skutočných motoroch vždy nižšia ako účinnosť Carnotovho cyklu (pri rovnakých teplotách ohrievačov a chladničiek): Vzorec ukazuje, že čím vyššia je teplota ohrievača a čím nižšia je teplota chladničky, tým vyššia je účinnosť motorov. Problémové číslo 703 Motor beží na Carnotovom cykle. Ako sa zmení účinnosť tepelného motora, ak sa pri konštantnej teplote chladničky 17 ° C zvýši teplota ohrievača zo 127 na 447 ° C? Číslo problému 525 Určte účinnosť motora traktora, ktorý na vykonanie práce potreboval 1,5 kg paliva so špecifickou výhrevnosťou 4,2 107 J / kg. 1,9 107 J / kg. Vykonanie počítačového testu na určitú tému.<Dodatok 4
\u003e Práca s modelom tepelného motora.Prevádzka tepelného motora
Carnotov motor
Zákony termodynamiky umožňovali vypočítať maximálnu možnú účinnosť. Prvýkrát tento ukazovateľ vypočítal francúzsky vedec a inžinier Sadi Carnot. Vynašiel tepelný motor, ktorý pracoval na ideálny plyn. Funguje v cykle 2 izotermy a 2 adiabaty. Princíp jeho fungovania je dosť jednoduchý: kontakt ohrievača sa privádza do nádoby s plynom, v dôsledku čoho sa pracovná tekutina izotermicky rozširuje. Zároveň funguje a prijíma určité množstvo tepla. Potom je nádoba izolovaná. Napriek tomu plyn naďalej expanduje, ale už adiabaticky (bez výmeny tepla s prostredím). V tomto okamihu jeho teplota klesne na teplotu v chladničke. V tejto chvíli je plyn v kontakte s chladničkou, v dôsledku čoho mu pri izometrickej kompresii dodáva určité množstvo tepla. Potom je nádoba opäť izolovaná. V tomto prípade je plyn adiabaticky stlačený na pôvodné množstvo a stav.Odrody
Ostatné typy tepelných motorov
Ako môžete zlepšiť efektívnosť
Prvýkrát najdokonalejší cyklický proces pozostávajúci z izotermov a adiabatov navrhol francúzsky fyzik a inžinier S. Carnot v roku 1824.
Ochladený plyn môže byť teraz izotermicky stlačený pri teplote T2.Za týmto účelom musí byť uvedený do kontaktu s telom, ktoré má rovnakú teplotu T 2,teda s chladničkou ,
a stlačiť plyn vonkajšou silou. V tomto procese sa však plyn nevráti do pôvodného stavu - jeho teplota bude vždy nižšia ako T 1.
Preto sa izotermická kompresia privedie na určitý stredný objem V 2 '\u003e V 1(izoterma CD). V takom prípade plyn vydáva určité množstvo tepla do chladničky. Q 2,rovná sa kompresnej práci na nej vykonanej. Potom sa plyn adiabaticky stlačí na určitý objem V 1,zatiaľ čo jeho teplota stúpa na T 1(adiabat DA). Teraz sa plyn vrátil do pôvodného stavu, v ktorom sa jeho objem rovná V 1, teplota je T 1,tlak - p 1a cyklus sa môže znova opakovať.
Iba časť množstva tepla sa skutočne premení na užitočnú prácu. QT,prijaté z ohrievača, rovné QT 1 - | QT 2 |.Takže v Carnotovom cykle užitočná práca A \u003d QT 1- | QT 2 |.
Maximálnu účinnosť ideálneho cyklu, ako ukazuje S. Carnot, možno vyjadriť ako teplota ohrievača (T 1) a chladnička (T 2):
Carnot Nicola Leonard Sadi (1796-1832) - talentovaný francúzsky inžinier a fyzik, jeden zo zakladateľov termodynamiky. Vo svojej práci „Reflexia hnacej sily požiaru a na strojoch schopných túto silu vyvinúť“ (1824) najskôr ukázal, že tepelné motory môžu pracovať iba pri prechode tepla z horúceho telesa na studené. Carnot vynašiel ideálny tepelný motor, vypočítal účinnosť ideálneho motora a dokázal, že tento koeficient je maximálny možný pre akýkoľvek skutočný tepelný motor. 
Ako pomoc pri svojom výskume vynašiel Carnot v roku 1824 (na papieri) ideálny tepelný motor s ideálnym plynom ako pracovnou tekutinou. Dôležitá úloha Carnotovho motora spočíva nielen v jeho možnom praktickom použití, ale aj v tom, že umožňuje vysvetliť princípy činnosti tepelných motorov všeobecne; nemenej dôležitá je skutočnosť, že Carnot dokázal pomocou svojho motora významne prispieť k zdôvodneniu a pochopeniu druhého termodynamického zákona. Všetky procesy v Carnotovom stroji sa považujú za rovnovážné (reverzibilné). Reverzibilný proces je proces, ktorý prebieha tak pomaly, že ho možno považovať za postupný prechod z jedného rovnovážneho stavu do druhého atď., A celý proces je možné uskutočniť opačným smerom bez zmeny vykonanej práce a odovzdaného množstva tepla. (Upozorňujeme, že všetky skutočné procesy sú nezvratné.) Kruhový proces alebo cyklus sa vykonáva v stroji, v ktorom sa systém po sérii transformácií vráti do pôvodného stavu. Carnotov cyklus sa skladá z dvoch izotermov a dvoch adiabatov. Krivky A - B a C - D sú izotermy a krivky B - C a D - A sú adiabaty. Najskôr plyn expanduje izotermicky pri teplote Ti. Zároveň prijíma množstvo tepla Q 1 z ohrievača. Potom sa adiabaticky rozširuje a nevymieňa teplo s okolitými telami. Potom nasleduje izotermické stlačenie plynu pri teplote T2. V tomto procese plyn vydáva množstvo tepla Q 2 do chladničky. Nakoniec je plyn adiabaticky stlačený a vráti sa do pôvodného stavu. Počas izotermickej expanzie plyn vykonáva prácu A "1\u003e 0, ktorá sa rovná množstvu tepla Q 1. Pri adiabatickej expanzii B - C sa pozitívna práca A" 3 rovná zníženiu vnútornej energie, keď je plyn ochladený z teploty T 1 na teplotu T 2: A "3 \u003d - dU 1,2 \u003d U (Ti) -U (T2). Izotermická kompresia pri teplote T 2 vyžaduje prácu A 2 na plyne. Plyn vykonáva zodpovedajúco negatívnu prácu A "2 \u003d -A 2 \u003d Q 2. Nakoniec adiabatická kompresia vyžaduje na plyne prácu A 4 \u003d dU 2,1. Samotná práca plynu A "4 \u003d -A 4 \u003d -dU 2,1 \u003d U (T 2) -U (T 1). Preto je celková práca plynu v dvoch adiabatických procesoch nulová. Počas cyklu plyn pracuje A" \u003d A "1 + A "2 \u003d Q 1 + Q 2 \u003d | Q 1 | - | Q 2 |. Táto práca sa číselne rovná ploche útvaru ohraničenej krivkou cyklu. Pre výpočet účinnosti je potrebné vypočítať prácu počas izotermických procesov A - B a C - D. Výpočty vedú k nasledujúcemu výsledku:
(2) Účinnosť Carnotovho tepelného motora sa rovná pomeru rozdielu medzi absolútnymi teplotami ohrievača a chladničky a absolútnou teplotou ohrievača. Hlavný význam vzorca (2) získaného Carnotom pre účinnosť ideálneho stroja je v tom, že určuje maximálnu možnú účinnosť ktoréhokoľvek tepelného motora. Carnot dokázal nasledujúcu vetu: žiadny skutočný tepelný motor pracujúci s ohrievačom na teplotu T 1 a chladničkou na teplotu T 2 nemôže mať účinnosť, ktorá presahuje účinnosť ideálneho tepelného motora. Účinnosť skutočných tepelných motorov Vzorec (2) poskytuje teoretický limit pre maximálnu hodnotu účinnosti tepelných motorov. Ukazuje to, že čím je vyššia teplota ohrievača a nižšia teplota chladničky, tým je tepelný motor efektívnejší. Iba pri teplote chladničky rovnajúcej sa absolútnej nule je účinnosť 1. V skutočných tepelných motoroch procesy prebiehajú tak rýchlo, že pokles a zvýšenie vnútornej energie pracovnej látky so zmenou jej objemu nie je potrebné časovo kompenzovať prítokom energie z ohrievača a prenosom energie do chladničky. Preto nie je možné realizovať izotermické procesy. To isté platí pre prísne adiabatické procesy, pretože v prírode neexistujú ideálne tepelné izolátory. Cykly vykonávané v skutočných tepelných motoroch pozostávajú z dvoch izochorov a dvoch adiabatov (v Ottovom cykle), dvoch adiabatov, izobarov a izochórov (v naftovom cykle), dvoch adiabatov a dvoch izobarov (v plynovej turbíne) atď. V takom prípade by jeden mal mať čo znamená, že tieto cykly môžu byť ideálne, rovnako ako Carnotov cyklus. Je však potrebné, aby teploty ohrievača a chladničky neboli konštantné, ako v Carnotovom cykle, ale aby sa menili rovnakým spôsobom, ako sa mení teplota pracovnej látky v procesoch izochorického ohrevu a chladenia. Inými slovami, pracovná látka musí byť v kontakte s nekonečne veľkým počtom ohrievačov a chladničiek - iba v takom prípade dôjde k rovnovážnemu prenosu tepla na izochoroch. Samozrejme, v cykloch skutočných tepelných motorov nie sú procesy rovnovážne, v dôsledku čoho je účinnosť skutočných tepelných motorov pri rovnakom teplotnom rozmedzí oveľa nižšia ako účinnosť Carnotovho cyklu. Výraz (2) zároveň hrá obrovskú úlohu v termodynamike a je akýmsi „majákom“, ktorý naznačuje spôsoby, ako zvýšiť účinnosť skutočných tepelných motorov. 
V Ottovom cykle sa najskôr do valca nasaje pracovná zmes 1–2, potom 2–3 adiabatické stlačenie a po jeho izochorickom spaľovaní 3–4 sprevádzané zvýšením teploty a tlaku splodín horenia dôjde k ich adiabatickej expanzii 4–5, potom izochorickému poklesu tlaku 5 -2 a izobarické vylučovanie výfukových plynov piestom 2-1. Pretože sa práca nevykonáva na izochoroch a práca pri nasávaní pracovnej zmesi a vypúšťaní výfukových plynov je rovnaká a opačná, je užitočná práca v jednom cykle rovná rozdielu medzi prácou na adiabatoch expanzie a kompresie a je graficky znázornená oblasťou cyklu.
Pri porovnaní účinnosti motora so skutočným ohrevom s účinnosťou Carnotovho cyklu je potrebné poznamenať, že vo vyjadrení (2) sa teplota T 2 vo výnimočných prípadoch môže zhodovať s teplotou okolia, ktorú berieme pre chladničku, vo všeobecnosti presahuje teplotu prostredia. Napríklad v spaľovacích motoroch treba T2 chápať ako teplotu výfukových plynov, a nie ako teplotu prostredia, do ktorého sa výfukové plyny vytvárajú.
Obrázok zobrazuje cyklus štvortaktného spaľovacieho motora s izobarickým spaľovaním (naftový cyklus). Na rozdiel od predchádzajúceho cyklu sa absorbuje v časti 1-2. atmosférický vzduch, ktorý je podrobený adiabatickému stlačeniu v sekciách 2-3 až 3 10 6 -3 10 5 Pa. Vstreknuté kvapalné palivo sa vznieti v prostredí vysoko stlačeného vzduchu, čo znamená ohriaty vzduch a horí 3-4 izobaricky, a potom dôjde k adiabatickej expanzii produktov spaľovania 4-5. Ostatné procesy 5-2 a 2-1 prebiehajú rovnako ako v predchádzajúcom cykle. Malo by sa pamätať na to, že v spaľovacích motoroch sú cykly podmienene uzavreté, pretože pred každým cyklom je valec naplnený určitou hmotnosťou pracovnej látky, ktorá je na konci cyklu vyhodená z valca.
Ale teplota chladničky prakticky nemôže byť oveľa nižšia ako teplota okolia. Môžete zvýšiť teplotu ohrievača. Akýkoľvek materiál (tuhý) má však obmedzenú tepelnú odolnosť alebo tepelnú odolnosť. Zahriatím postupne stráca svoje elastické vlastnosti a pri dostatočne vysokej teplote sa topí. Teraz je hlavné úsilie inžinierov zamerané na zvýšenie účinnosti motorov znížením trenia ich častí, strát paliva kvôli neúplnému spaľovaniu atď. Skutočné možnosti zvýšenia účinnosti sú tu stále veľké. Pre parnú turbínu sú teda počiatočné a konečné teploty pary približne tieto: T 1 \u003d 800 K a T 2 \u003d 300 K. Pri týchto teplotách je maximálna hodnota účinnosti:
Skutočná hodnota účinnosti v dôsledku rôznych druhov strát energie je približne 40%. Spaľovacie motory majú maximálnu účinnosť - asi 44%. Účinnosť žiadneho tepelného motora nemôže prekročiť maximálnu možnú hodnotu 
kde T1 je absolútna teplota ohrievača a T2 je absolútna teplota chladničky. Najdôležitejším technickým problémom je zvýšenie účinnosti tepelných motorov a ich maximálne priblíženie.
(minúty)1
Ukážte potrebu použitia tepelných motorov v moderných podmienkach.
2
Opakovanie pojmu „tepelný motor“. Typy tepelných motorov: ICE (karburátor, nafta), parné a plynové turbíny, prúdové a raketové motory.
3
Vysvetlenie nového teoretického materiálu.
Schéma a zariadenie tepelného motora, princíp činnosti, účinnosť.
Carnotov cyklus, ideálny tepelný motor, jeho účinnosť.
Porovnanie účinnosti skutočného a ideálneho tepelného motora.
4
Riešenie problému č. 703 (Stepanova), č. 525 (Bendrikov).
5
Práca s modelom tepelného motora.
6
Zhrnutie. Domáce úlohy § 33, úlohy č. 700 a 697 (Stepanova)
Vznikli legendy o kobercoch, lietadlách, sedemligových čižmách a čarodejníkoch, ktorí mávnutím prútika preniesli človeka do ďalekých krajín. Ľudia pri nosení váh vynašli vozíky, pretože valcovanie je jednoduchšie. Potom prispôsobili zvieratá - voly, jelene, psy, predovšetkým kone. Takto sa objavili vozíky a vozne. V posádkach sa ľudia usilovali o pohodlie, ktoré stále viac vylepšovali.
Túžba ľudí zvýšiť rýchlosť tiež urýchlila zmenu udalostí v histórii vývoja dopravy. Z gréckeho „autos“ - „self“ a latinského „mobilis“ - „mobile“ v európskych jazykoch sa sformovalo prídavné meno „self-propelled“, doslova „auto-mobile“.
Prítomnosť ohrievača, pracovnej kvapaliny a chladničky je zásadne nevyhnutnou podmienkou pre nepretržitú cyklickú prevádzku každého tepelného motora.
Prvýkrát najdokonalejší cyklický proces pozostávajúci z izotermov a adiabatov navrhol francúzsky fyzik a inžinier S. Carnot v roku 1824.
Ochladený plyn môže byť teraz izotermicky stlačený pri teplote T2.Za týmto účelom musí byť uvedený do kontaktu s telom, ktoré má rovnakú teplotu T 2,teda s chladničkou ,
a stlačiť plyn vonkajšou silou. V tomto procese sa však plyn nevráti do pôvodného stavu - jeho teplota bude vždy nižšia ako T 1.
Preto sa izotermická kompresia privedie na určitý stredný objem V 2 '\u003e V 1(izoterma CD). V takom prípade plyn vydáva určité množstvo tepla do chladničky. Q 2,rovná sa kompresnej práci na nej vykonanej. Potom sa plyn adiabaticky stlačí na určitý objem V 1,zatiaľ čo jeho teplota stúpa na T 1(adiabat DA). Teraz sa plyn vrátil do pôvodného stavu, v ktorom sa jeho objem rovná V 1, teplota je T 1,tlak - p 1a cyklus sa môže znova opakovať.
Iba časť množstva tepla sa skutočne premení na užitočnú prácu. QT,prijaté z ohrievača, rovné QT 1 - | QT 2 |.Takže v Carnotovom cykle užitočná práca A \u003d QT 1 - | QT 2 |.
Maximálnu účinnosť ideálneho cyklu, ako ukazuje S. Carnot, možno vyjadriť ako teplota ohrievača (T 1) a chladnička (T 2):
Načítava ...