Принципа на действие на термични двигатели. Ефективността на ефективността (ефективността) на термичните двигатели е хипермаркет от знания. Принципите на експлоатацията на термичните двигатели на ефективността на топлинните двигатели са равни на това, което

Работих в урока

активно / пасивни

Моята работа в урока I

удовлетворени / не са изпълнени

Урокът ми се струваше

кратко / дълго

За урок I.

не съм уморен / уморен

И полезни формули.

Задачи във физиката за ефективността на термичния двигател

Задача за изчисляване на ефективността на топлинния двигател №1

Състояние

Водата с тегло 175 g се загрява върху алкохола. Докато водата се нагрява от T1 \u003d 15 до T2 \u003d 75 градуса по Целзий, масата на алкохола намалява от 163 до 157 g. Изчислете ефективността на инсталацията.

Решение

Ефективността на полезната операция може да бъде изчислена като съотношение на полезна работа и общото количество топлина, генерирана от алкохола:

Полезна работа в този случай е еквивалент на количеството топлина, което е излязло изключително за отопление. Тя може да бъде изчислена съгласно добре познатата формула:

Общото количество топлина се изчислява, знаейки масата на изгорения алкохол и специфичната му топлина на горенето.

Ние заменим стойностите и изчисляваме:

Отговор: 27%

Задача за изчисляване на ефективността на топлинния двигател №2

Състояние

Старият двигател си направи работа от 220.8 MJ, докато харчи 16 килограма бензин. Изчислете ефективността на двигателя.

Решение

Ние намираме общото количество топлина, която произвежда двигателя:

Или, умножаване на 100, получаваме стойността на ефективността в процента:

Отговор: 30%.

Задача за изчисляване на ефективността на топлинния двигател №3

Състояние

Топлинната машина работи върху цикъла на CARNO, като 80% от топлината, получена от нагревателя, се предава на хладилника. За един цикъл работното тяло получава 6.3 J топлина от нагревателя. Намерете работата и ефективността на цикъла.

Решение

Ефективност на перфектната топлинна машина:

Чрез условие:

Изчислете първата работа и след това ефективност:

Отговор: двадесет%; 1.26 J.

Задача за изчисляване на ефективността на топлинния двигател №4

Състояние

Диаграмата изобразява дизелов двигател, състоящ се от Adiabat 1-2 и 3-4, Isobara 2-3 и Isoohra 4-1. Температурата на газа в точки 1, 2, 3, 4 са t1, t2, t3, t4 съответно. Намерете CCD цикъла.

Решение

Нека анализираме цикъла и ефективността ще бъде изчислена чрез подчиненото и разпределено количество топлина. На Adiabats, топлината не се доставя и не е разпределена. На Isobara 2 - 3 топлината се подава, обема се увеличава и съответно нараства температурата. На ISOORE, 4 - 1 топлината е дадена и налягането и температурата падат.

По същия начин:

Получаваме резултата:

Отговор: Виж по-горе.

Предизвикателството за изчисляване на ефективността на номера на топлината 5

Състояние

Термичната кола, работеща върху цикъла на карбона, дава възможност за един цикъл A \u003d 2.94 kJ и дава на охладителя за един цикъл количеството на топлината Q2 \u003d 13.4 kJ. Намерете CCD цикъла.

Решение

Ние пишем формула за ефективност:

Отговор: 18%

Въпроси по темата за термичните двигатели

Въпрос 1. Какво е топлинен двигател?

Отговор. Топлинният двигател е машина, която прави работата поради енергията, която идва в процеса на пренос на топлина. Основните части на термичния двигател: нагревател, хладилник и работно тяло.

Въпрос 2. Дайте примери за термични двигатели.

Отговор. Първите термични двигатели, които са получили широко разпространени машини. Примери за модерен топлинен двигател могат да служат:

• ракетен двигател;
• двигател на самолета;
• газова турбина.

Въпрос 3. Може ли ефективността на двигателя да бъде равна на една?

Отговор. Не. Ефективността винаги е по-малка от една (или по-малка от 100%). Наличието на двигател с ефективност е равно на един обрат на първото начало на термодинамиката.

Ефективността на реалните двигатели рядко надвишава 30%.

Въпрос 4. Какво е KPD?

Отговор. Ефективност (ефективност) - съотношението на работата, която двигателят изпълнява на количеството топлина, получена от нагревателя.

Въпрос 5. Какво е специфичното топло изгаряне на горивото?

Отговор. Специфични топлинни изгаряния q. - физическата стойност, която показва колко топлина се освобождава при изгаряне на гориво с тегло 1 кг. При решаването на задачите на ефективността е възможно да се определи силата на двигателя N и количеството гориво, изгаряно за единица време.

Задачи и въпроси относно цикъла на CARNO

Като засяга темата на топлинните двигатели, е невъзможно да се остави настрана Carno, може би най-известният цикъл на топлинната машина във физиката. Ние допълнително даваме няколко задачи и въпроси към цикъла на CARNO с решението.

Цикълът (или процесът) на CARNO е перфектният кръгъл цикъл, състоящ се от две адиабат и две изотерми. Наречен така в чест на френския инженер Сади Карно, който описа този цикъл в своята научна работа "в движещата сила на огъня и за машини, които могат да развият тази сила" (1894).

Задача за цикъла на CARNO №1

Състояние

Идеалният термален автомобил, работещ на цикъла на карбола, дава възможност за един цикъл a \u003d 73.5 kJ. Температура на нагревателя T1 \u003d 100 ° С, температура на хладилника T2 \u003d 0 ° C. Намерете ефективността на цикъла, количеството топлина, получена от машината за един цикъл от нагревателя, и количеството топлина, пуснато за един цикъл хладилникът.

Решение

Изчислете CPD на цикъла:

От друга страна, за да намерите количеството топлина, получена от машината, ние използваме съотношението:

Количеството топлина, дадено на хладилника, ще бъде равно на разликата в общата топлинна и полезна работа:

Отговор: 0.36; 204.1 KJ; 130.6 kJ.

Задачата на цикъла на CARNO №2

Състояние

Идеалната термална кола, работеща в цикъла на карно, прави възможно за един цикъл A \u003d 2.94 KJ и дава количеството на качеството на топлина Q2 \u003d 13.4 kJ за един цикъл. Намерете CCD цикъла.

Решение

Формула за ефективност Цикъл CARNO:

Тук една перфектна работа и Q1 е количеството топлина, необходима за това. Количеството топлина, което перфектната кола дава на хладилника, равен на разликата в тези две стойности. Знаейки го, откриваме:

Отговор: 17%.

Задача за Carno Cycle №3

Състояние

Карно цикъл на диаграма и го опишете

Решение

Цикълът на CARNO на фотографската диаграма е както следва:

• 1-2. Изотермалното разширение, работното тяло получава от нагревателя количеството на топлина Q1;
• 2-3. Адиабатното разширяване, топлината не се доставя;
• 3-4. Изотермична компресия, по време на която топлината се прехвърля в хладилника;
• 4-1. Адиабатна компресия.

Отговор: виж по-горе.

Въпрос относно цикъла на CARNO №1

Думата първата теорема на Carno

Отговор. Първото теоремен на Carno States: Ефективността на топлинната машина, работеща на цикъла на карно, зависи само от температурите на нагревателя и хладилника, но не зависи от устройството на машината, нито от вида или свойствата на неговата работна течност.

Въпрос за цикъла на CARNO №2

Може ли ефективността в цикъла на CARNO да бъде 100%?

Отговор. Не. Ефективността на цикъла на CARNO ще бъде 100% само ако температурата на хладилника е равна на абсолютната нула и това не е възможно.

Ако имате някакви въпроси относно темата за термичните двигатели и цикъла на CARNO, можете спокойно да ги попитате в коментарите. И ако имате нужда от помощ при решаване на задачи или други примери и задачи, контакт

Ефективността на термичния двигател. Съгласно закона за енергоспестяване операцията, извършена от двигателя, е равна на:

къде - топлината, получена от нагревателя, е топлина, дадена на хладилника.

Ефективността на термичния двигател се нарича съотношение на експлоатацията на изпълнявания двигател, до количеството топлина, получена от нагревателя:

Тъй като всички двигатели имат определено количество топлина, прехвърлени в хладилника, тогава във всички случаи

Максималната стойност на ефективността на термичните двигатели. Френски инженер и учен каро (1796 1832) в работата "Размисли за движещата сила на огъня" (1824) поставят гол: да разберете обаче, че работата на топлинния двигател ще бъде най-ефективна, т.е. при какви условия Двигателят ще има максимална ефективност.

Carno излезе с перфектната топлинна машина с перфектен газ като работно тяло. Той изчислява ефективността на тази кола, работеща с температурен нагревател и хладилник на температурата

Основната стойност на тази формула е как се доказва Карно, като се позовава на втория закон на термодинамиката, който, всеки истински топлоносител, работещ с температурен нагревател и температурен хладилник, не може да има коефициент на ефективност, надвишаващ ефективността на перфектната топлинна машина.

Формула (4.18) дава теоретичната граница за максималната стойност на ефективността на термичните двигатели. Той показва, че топлинният двигател е по-ефективен от по-високата температура на нагревателя и под температурата на хладилника. Само при температура на хладилник, равна на абсолютна нула,

Но температурата на хладилника почти не може да бъде много по-ниска от температурата на околната среда. Можете да увеличите температурата на нагревателя. Въпреки това, всеки материал (твърд) има ограничена топлоустойчивост или топлоустойчивост. Когато се нагрява, той постепенно губи своите еластични свойства и при достатъчно висока температура се топи.

Сега основните усилия на инженерите са насочени към повишаване на ефективността на двигателите чрез намаляване на триенето на техните части, загуби на гориво поради непълно изгаряне и т.н. Реалните възможности за увеличаване на ефективността тук са все още големи. Така, за парата турбина, първоначалните и крайните температури на двойката са приблизително както следва: при тези температури максималната ефективност на ефективността е:

Действителната стойност на ефективността, дължаща се на различни видове енергийни загуби:

Повишаване на ефективността на термичните двигатели, която се приближава до максимално възможността - най-важната техническа задача.

Термични двигатели и защита на природата. Широкото използване на термични двигатели, за да се получи удобно енергия за използването на енергия в най-голяма степен в сравнение с

всички други видове производствени процеси са свързани с въздействието върху околната среда.

Съгласно втория закон на термодинамиката, производството на електрическа и механична енергия по принцип не може да бъде извършена без отстраняване в околната среда на значителни количества топлина. Това не може да доведе до постепенно увеличаване на средната температура на земята. Сега консумацията на енергия е около 1010 kW. Когато тази сила достигне, средната температура ще се увеличи забележим (около една степен). По-нататъшното увеличение на температурата може да създаде заплаха за топенето на ледниците и катастрофалното нарастване на нивото на световния океан.

Но те далеч не са изтощени от негативните последици от използването на термични двигатели. Прехвърляния на термични електроцентрали, двигатели с вътрешно горене на автомобили и др. Непрекъснато се изхвърлят в атмосферата, вредни растения, животни и човешки вещества: Съединения със сяра (при изгаряне на въглища), азотни оксиди, въглеводороди, въглероден оксид (СО) В това отношение са представени автомобили, чийто заплашващо расте, а почистването на отпадъчните газове е трудно. В атомните електроцентрали има проблем с погребението на опасните радиоактивни отпадъци.

В допълнение, използването на парни турбини върху електроцентралите изисква големи площи под езера за охлаждане на отработената пара с увеличаване на капацитета на електроцентралата рязко увеличава необходимостта от вода. През 1980 г. у нас за тези цели се изискваше близо до водата, т.е. около 35% от водоснабдяването на всички клонове на икономиката.

Всичко това поставя редица сериозни проблеми с обществото. Наред с най-важната задача за подобряване на ефективността на топлинните двигатели, са необходими редица мерки за опазване на околната среда. Необходимо е да се увеличи ефективността на структурите, които възпрепятстват излъчването на вредни вещества в атмосферата; За постигане на по-пълно изгаряне на гориво в автомобилни двигатели. Вече не е позволено да управляват автомобили с високо съдържание на комисионни в отработените газове. Възможността за създаване на електрически превозни средства, способни да се конкурират с обикновена, и възможността за използване на гориво без вредни вещества в отпадъчни газове, например, в двигатели, работещи на водородна смес с кислород, се разреждат.

Препоръчително е за спестяване на площ и водни ресурси за изграждане на цели комплекси от електроцентрали, предимно атомни, със затворен водоснабдителен цикъл.

Друга посока на придружаващите усилия е да се повиши енергийната ефективност, борбата за нейните спестявания.

Решението на изброените по-горе проблеми е жизненоважно за човечеството. И тези проблеми с максималния успех могат

да бъдат решени в социалистическо общество с планираното развитие на икономиката в цялата страна. Но организацията на опазването на околната среда изисква усилия към мащаба на земното кълбо.

1. Какви процеси се наричат \u200b\u200bнеобратими? 2. Назовете най-типичните необратими процеси. 3. Дайте примери за необратими процеси, които не са споменати в текста. 4. Word втория закон на термодинамиката. 5. Ако потоците от реките се обърнат, това би ли нарушило закона за енергоспестяването? 6. Какво устройство се нарича термичен двигател? 7. Каква е ролята на нагревателя, хладилника и работното тяло на термичния двигател? 8. Защо в термичните двигатели не могат да се използват като вътрешен източник на енергия в океана? 9. Какво се нарича ефективност на термичния двигател?

10. Каква е максималната възможна стойност на ефективността на термичния двигател?

Thermal се нарича работа, извършваща работа поради източника на топлинна енергия.

Термална енергия ( Q нагревател) От източника се предават на двигателя, докато двигателят на получения двигател се изразходва за изпълнение W., неизпълнена енергия ( Q Хладилник) Заминава за хладилника, чиято роля може да изпълнява, например, околния въздух. Термичният двигател може да работи само ако температурата на хладилника е по-малка от температурата на нагревателя.

Ефективността (ефективността) на термичния двигател може да бъде изчислена по формулата: Ефективност \u003d w / q ng.

Ефективност \u003d 1 (100%) В случай, че цялата топлинна енергия се превръща в експлоатация. Kpd \u003d 0 (0%) Ако няма в експлоатация топлинна енергия.

Ефективността на реалния топлинен двигател се намира между 0 до 1, толкова по-висока е ефективността, толкова по-ефективен е двигателят.

Q x / q ng \u003d t x / t ng kpd \u003d 1- (q x / q ng) kpd \u003d 1- (t x / t ng)

Като се има предвид третия принцип на термодинамиката, която твърди, че температурата на абсолютната нула (t \u003d 0к) не може да бъде постигната, може да се каже, че е невъзможно да се разработи топлинен двигател с ефективност \u003d 1, тъй като винаги t x\u003e 0.

Ефективността на топлинния двигател ще бъде по-голяма, толкова по-висока е температурата на нагревателя и под температурата на хладилника.

Физика, степен 10

Урок 25. Термични двигатели. Ефективност на термичните двигатели

Списъкът с въпроси, разглеждани в урока:

1) концепцията на термичния двигател;

2) устройството и принципа на работа на термичния двигател;

3) ефективността на термичния двигател;

4) Цикъл на CARNO.

Речник на темата

Термичен двигател -устройство, в което вътрешното гориво се превръща в механично.

Ефективност (ефективността) е съотношението на полезна работа, извършена от този двигател, до количеството топлина, получена от нагревателя.

Двигател с вътрешно горене - двигателят, в който горивото се комбинира директно в работната камера на двигателя (вътре).

Реактивен двигател - двигател, който създава силата на тяга чрез преобразуването на вътрешната енергия на горивото в кинетичната енергия на реактивната струя на работната течност.

Carno цикъл - Това е перфектният кръгъл процес, състоящ се от два адиабатни и два изотермични процеса.

Нагревател - устройството, от което работният течност получава енергия, част от които отива на работа.

Хладилник - тяло, поглъщаща част от енергията на работната течност (околната среда или специалните охлаждащи устройства и кондензацията на отработената пара, т.е. кондензатори).

Работно тяло - тялото, което се разширява, прави работа (тя е газ или пара)

Основната и допълнителна литература по темата на урока:

1. Myakyshev G.YA., BUKHOVTSEV B.B., SOTSKY N.N. Физика.10 клас. Урок за общи образователни организации m.: Образование, 2017. - стр. 269 - 273.

2. Rumkevich a.p. Събиране на задачи по физика. 10-11 клас. - млрд.: Спад, 2014. - стр. 87 - 88.

Отворени електронни ресурси по темата за урока

Теоретичен материал за самообучение

Приказките и митовете на различни нации свидетелстват, че хората винаги са мечтали бързо да се движат от едно място на друго или бързо да изпълняват една работа. За да постигнете тази цел, необходимите устройства, които могат да работят или да се движат в пространството. Гледайки на света по целия свят, изобретателите стигнаха до заключението, че за да се улесни трудовото и бързото движение, е необходимо да се използва енергията на други органи, например вода, вятър и др. Възможно ли е да се използва вътрешната енергия на праха или друг вид гориво за неговите цели? Ако вземем тестова тръба, хълма водата, тя я затвори с щепсел и се нагрява. Когато се нагрява, водата ще заври и водните двойки изляха щепсела. Двойката разширява работата. В този пример виждаме, че вътрешната енергия на горивото се превърна в механична енергия на движеща се тръба. При смяна на корк с буталото, способно да се движите в тръбата, и самата тръба е цилиндър, тогава ще получим най-простия топлинен двигател.

Термичен двигател -термичният двигател се нарича устройство, в което вътрешната енергия на горивото се превръща в механична.

Припомнете структурата на най-простия двигател с вътрешно горене. Двигателят за вътрешно горене се състои от цилиндър, в който се движи буталото. Буталката с свързваща пръчка е свързана с коляновия вал. В горната част на всеки цилиндър има два клапана. Един от клапаните се нарича прием, а другият е дипломиран. За да се гарантира гладкостта на хода на буталото на коляновия вал, е засилен тежък маховик.

Работният цикъл на двигателя се състои от четири часовници: вход, компресия, работа, освобождаване.

През първия път се отваря всмукателният вентил и изпускателният клапан остава затворен. Преместването на буталото е гадно в горимата на цилиндъра.

Във втория такт и двата клапана са затворени. Придвижването нагоре по буталото компресира горивната смес, която се нагрява при компресиране.

В третия такт, когато буталото се окаже в горното положение, сместа се монтира върху електрически свещи. Възпламената смес образува горещи газове, чието налягане е 3 -6 mPa и температурата достига 1600-2200 градуса. Силата на налягането избутва буталото надолу, движението на която се предава на коляновия вал с маховик. След като получи силен тласък, маховикът ще продължи да се върти на инерцията, като се осигури движението на буталото и по време на последващите принадлежности. По време на този такт и двата клапана остават затворени.

В четвъртия такт се отваря изпускателен вентил и отработените газове от движещото се бутало се избутват през шумозаглушалката (не са показани на фигурата) в атмосферата.

Всеки термичен двигател включва три основни елемента: нагревател, работен флуид, хладилник.

За да се определи ефективността на термичния двигател, се въвежда концепцията за ефективността.

Съотношението на полезните актове се нарича съотношение на полезна работа, извършена от този двигател, до количеството топлина, получена от нагревателя.

Q 1 - количеството на топлината, получена от отопление

Q 2 - количеството топлина, дадено на хладилника

- Работа, извършена от двигателя на цикъл.

Тази ефективност е реална, т.е. Само тази формула и се използват за характеризиране на реални термични двигатели.

Знаейки силата на N и времето на работа T двигател, извършена от цикъла, може да бъде намерена по формулата

Прехвърляне на неизползвана енергия към хладилника.

През XIX век, в резултат на работа на топлотехника, френският инженер Сади Каро предложи друг метод за определяне на ефективността (чрез термодинамична температура).

Основната стойност на тази формула е, че всяка истинска топлинна машина, работеща с нагревател с температура от Т1 и хладилник с температура Т2, не може да има ефективност, надвишаваща ефективността на перфектната топлинна машина. Сади Карно, намиране с какъв затворен процес топлинният двигател ще има максималната ефективност, предложи да се използва цикъл, състоящ се от 2 адиабат и два изотермични процеси

Цикълът на CARNO е най-ефективният цикъл с максимална ефективност.

Няма термичен двигател, който има ефективност \u003d 100% или 1.

Формулата дава теоретичната граница за максималната стойност на ефективността на термичните двигатели. Той показва, че топлинният двигател е по-ефективен от по-високата температура на нагревателя и под температурата на хладилника. Само при температура на хладилник, равна на абсолютна нула, η \u003d 1.

Но температурата на хладилника почти не може да бъде под температурата на околната среда. Можете да увеличите температурата на нагревателя. Въпреки това, всеки материал (твърд) има ограничена топлоустойчивост или топлоустойчивост. Когато се нагрява, той постепенно губи своите еластични свойства и при достатъчно висока температура се топи.

Сега основните усилия на инженерите са насочени към повишаване на ефективността на двигателите чрез намаляване на триенето на техните части, загуби на гориво поради непълно изгаряне и т.н. Реалните възможности за увеличаване на ефективността тук са все още големи.

Повишаване на ефективността на топлинните двигатели и се приближава до максимално възможността - най-важната техническа задача.

Топлинни двигатели - парни турбини, също така на всички ядрени електроцентрали за производство на висока температура. Във всички основни видове съвременен транспорт, термичните двигатели се използват главно: за двигатели с вътрешно горене на бутало; върху вода - двигатели с вътрешно горене и парни турбини; на железопътни дизелови локомотиви с дизелови инсталации; В авиацията - бутало, турбоктен и реактивни двигатели.

Сравнете оперативните характеристики на термичните двигатели.

Паров двигател - 8%.

Парна турбина - 40%.

Газова турбина - 25-30%.

Двигател за вътрешно горене - 18-24%.

Дизелов двигател - 40-4%.

Jet Engine - 25%.

Широкото използване на термични двигатели не преминава без следа за околната среда: постепенно намалява количеството на кислорода и увеличава количеството въглероден диоксид в атмосферата, въздухът е замърсен с химични съединения, вредни за човешкото здраве. Съществува заплаха за изменението на климата. Следователно намирането на начини за намаляване на замърсяването на околната среда е един от най-належащите научни и технически проблеми.

Примери и анализ на задачите

1 . Каква средна мощност развива двигателя на автомобила, ако при скорост от 180 км / ч бензиновата консумация е 15 литра на 100 км път, а ефективността на двигателя е 25%?