Il principio di azione dei motori termici. L'efficienza dell'efficienza (efficienza) dei motori termici è un ipermercato della conoscenza. I principi del funzionamento dei motori termici dell'efficienza del motore di calore sono uguali a ciò che

Ho lavorato alla lezione

attivamente / passivo

Il mio lavoro alla lezione I

soddisfatto / non soddisfatto

La lezione mi sembrava

corto lungo

Per una lezione I.

non stanco / stanco

E formule utili.

Compiti in fisica sull'efficienza del motore termico

Compito per il calcolo dell'efficienza del motore di calore №1

Condizione

L'acqua del peso di 175 g viene riscaldata sull'alcool. Mentre l'acqua è stata riscaldata da T1 \u003d 15 a T2 \u003d 75 gradi Celsius, la massa dell'alcol è diminuita da 163 a 157 g. Calcola l'efficienza dell'installazione.

Decisione

L'efficienza dell'operazione utile può essere calcolata come il rapporto tra lavoro utile e la quantità totale di calore generata dall'alcool:

Il lavoro utile in questo caso è l'equivalente della quantità di calore che è andato esclusivamente per il riscaldamento. Può essere calcolato in base alla formula ben nota:

La quantità totale di calore viene calcolata, conoscendo la massa di alcol bruciato e il suo calore specifico di combustione.

Sosteniamo i valori e calcolamo:

Risposta: 27%

Compito per il calcolo dell'efficienza del motore di calore №2

Condizione

Il vecchio motore ha fatto un lavoro di 220,8 mj, mentre spendeva 16 chilogrammi di benzina. Calcola l'efficienza del motore.

Decisione

Troviamo la quantità totale di calore che ha prodotto il motore:

O, moltiplicando per 100, otteniamo il valore dell'efficienza in percentuale:

Risposta: 30%.

Compito per il calcolo dell'efficienza del motore di calore №3

Condizione

La macchina di calore funziona sul ciclo Carno, con l'80% del calore ottenuto dal riscaldatore, viene trasmesso al frigorifero. Per un ciclo, il corpo di lavoro riceve 6.3 J calore dal riscaldatore. Trova il lavoro e l'efficienza del ciclo.

Decisione

Efficienza della macchina di calore perfetta:

Per condizione:

Calcola il primo lavoro e quindi l'efficienza:

Risposta: venti%; 1.26 J.

Compito per il calcolo dell'efficienza del motore di calore №4

Condizione

Il diagramma raffigura un ciclo del motore diesel costituito da Adiabat 1-2 e 3-4, Isobara 2-3 e Isoohra 4-1. Le temperature del gas nei punti 1, 2, 3, 4 sono T1, T2, T3, T4, rispettivamente. Trova il ciclo CCD.

Decisione

Analizziamo il ciclo e l'efficienza sarà calcolata attraverso la quantità subordinata e assegnata di calore. Su Adiabats, il calore non viene fornito e non assegnato. Su Isobara 2 - 3 il calore viene fornito, il volume aumenta e, di conseguenza, la temperatura cresce. Su Isoore, viene dato 4 - 1 il calore e la pressione e la temperatura cadono.

Allo stesso modo:

Otteniamo il risultato:

Risposta: Vedi sopra.

La sfida per il calcolo dell'efficienza del numero del motore di calore 5

Condizione

L'auto termica che opera sul ciclo del carbonato rende possibile per un ciclo A \u003d 2,94 kJ e dà il dispositivo di raffreddamento per un ciclo la quantità di calore Q2 \u003d 13,4 kJ. Trova il ciclo CCD.

Decisione

Scriviamo una formula per l'efficienza:

Risposta: 18%

Domande sull'argomento dei motori termici

Domanda 1. Cos'è un motore di calore?

Risposta. Il motore di calore è una macchina che rende il lavoro a causa dell'energia che viene ad esso nel processo di trasferimento di calore. Le parti principali del motore termico: riscaldatore, frigorifero e corpo funzionante.

Domanda 2. Dare esempi di motori termici.

Risposta. I primi motori termici che hanno ricevuto diffuso erano macchine a vapore. Esempi di un moderno motore di calore può servire:

• motore a razzo;
• motore aeronautico;
• turbina a gas.

Domanda 3. L'efficienza del motore può essere uguale a una?

Risposta. Non. L'efficienza è sempre meno di una (o meno del 100%). L'esistenza di un motore con un'efficienza è uguale a una contraria al primo inizio della termodinamica.

L'efficienza dei motori reali raramente supera il 30%.

Domanda 4. Cos'è KPD?

Risposta. Efficienza (efficienza) - Il rapporto tra il lavoro che il motore si esibisce alla quantità di calore ottenuto dal riscaldatore.

Domanda 5. Qual è la combustione di calore specifica del carburante?

Risposta. Combustione di calore specifico q. - Il valore fisico che mostra il modo in cui il calore viene rilasciato quando la combustione del carburante pesava 1 kg. Quando si risolvono i compiti dell'efficienza, è possibile determinare la potenza del motore n e la quantità di carburante incenerita per unità di tempo.

Compiti e domande sul ciclo Carno

Infidendo il tema dei motori di calore, è impossibile lasciare da parte il ciclo Carno - forse il ciclo più famoso della macchina di calore nella fisica. Forniamo inoltre diversi compiti e domande al ciclo Carno con la soluzione.

Il ciclo (o il processo) di Carno è il ciclo circolare perfetto costituito da due Adiabat e due isotermi. Intitolato così in onore del ingegnere francese SADI Carno, che ha descritto questo ciclo nel suo lavoro scientifico "sulla forza trainante del fuoco e sulle macchine che possono sviluppare questo potere" (1894).

Compito sul ciclo carno №1

Condizione

L'auto termica ideale che opera sul ciclo Carboy rende possibile per un ciclo A \u003d 73,5 kJ. Temperatura del riscaldatore T1 \u003d 100 ° С, temperatura del frigorifero T2 \u003d 0 ° C. Trova l'efficienza del ciclo, la quantità di calore ottenuta dalla macchina per un ciclo dal riscaldatore e la quantità di calore rilasciato per un ciclo di il frigorifero.

Decisione

Calcola il CPD del ciclo:

D'altra parte, per trovare la quantità di calore ottenuto dalla macchina, usiamo il rapporto:

La quantità di calore, data al frigorifero, sarà uguale alla differenza del calore totale e del lavoro utile:

Risposta: 0,36; 204,1 kJ; 130,6 kJ.

Il compito del ciclo carno №2

Condizione

L'auto termica ideale che opera nel ciclo Carno rende possibile per un ciclo A \u003d 2,94 kJ e dà la quantità di qualità del calore Q2 \u003d 13.4 kJ per un ciclo. Trova il ciclo CCD.

Decisione

Formula per il ciclo di efficienza Carno:

Qui un lavoro perfetto e Q1 è la quantità di calore che aveva bisogno per farlo. La quantità di calore che la macchina perfetta conferisce al frigorifero, pari alla differenza di questi due valori. Conoscerlo, troviamo:

Risposta: 17%.

Compito sul ciclo carno №3

Condizione

Immagine Ciclo Carno sul diagramma e descrivilo

Decisione

Il ciclo Carno sul diagramma PV è il seguente:

• 1-2. Estensione isotermica, il corpo di lavoro riceve dal riscaldatore la quantità di calore Q1;
• 2-3. Espansione Adiabatica, il calore non è fornito;
• 3-4. Compressione isotermica, durante la quale il calore viene trasferito al frigorifero;
• 4-1. Compressione Adiabatica.

Risposta: vedi sopra.

Domanda sul ciclo carno №1

Parola il primo teorema Carno

Risposta. Il primo teorema Carno afferma: l'efficienza della macchina di calore che funziona sul ciclo Carno dipende solo dalle temperature del riscaldatore e del frigorifero, ma non dipende dal dispositivo della macchina, né dal tipo o dalle proprietà del suo fluido funzionante.

Domanda sul ciclo Carno №2

Può l'efficienza in un ciclo carno per essere al 100%?

Risposta. Non. L'efficienza del ciclo Carno sarà al 100% solo se la temperatura del frigorifero è uguale allo zero assoluto, e questo non è possibile.

Se avete domande sul tema dei motori termici e sul ciclo Carno, puoi tranquillamente chiedere loro nei commenti. E se hai bisogno di aiuto per risolvere attività o altri esempi e attività, contattare

L'efficienza del motore termico. Secondo la legge della conservazione dell'energia, l'operazione eseguita dal motore è uguale a:

dove - il calore ottenuto dal riscaldatore è il calore, dato al frigorifero.

L'efficienza del motore termico è chiamata il rapporto tra il funzionamento del motore eseguito, alla quantità di calore ottenuto dal riscaldatore:

Poiché tutti i motori hanno una certa quantità di calore trasferito al frigorifero, quindi in tutti i casi

Il valore massimo dell'efficienza dei motori termici. Ingegnere francese e Scholar Karo (1796 1832) nel lavoro "Riflessioni sulla forza trainante del fuoco" (1824) Metti un obiettivo: scoprire tuttavia, il funzionamento del motore di calore sarà il più efficace, cioè sotto quali condizioni il il motore avrà una massima efficienza.

Carno ha trovato la perfetta macchina termica con un gas perfetto come corpo di lavoro. Calcolato l'efficienza di questa vettura che funziona con un riscaldatore di temperatura e frigorifero a temperatura

Il valore principale di questa formula è il modo in cui Carno si è dimostrato, basandosi sulla seconda legge della termodinamica, che, qualsiasi vera portata di calore, che lavora con un riscaldatore di temperatura e un frigorifero di temperatura non può avere un coefficiente di efficienza che supera l'efficienza della macchina da calore perfetta.

Formula (4.18) fornisce il limite teorico per il valore massimo dell'efficienza dei motori termici. Mostra che il motore termico è il più efficace della più alta la temperatura del riscaldatore e sotto la temperatura del frigorifero. Solo a una temperatura del frigorifero uguale a zero assoluto,

Ma la temperatura del frigorifero non può quasi essere molto inferiore alla temperatura ambiente. Puoi aumentare la temperatura del riscaldatore. Tuttavia, qualsiasi materiale (solido) ha una resistenza al calore limitata o resistenza al calore. Se riscaldato, perde gradualmente le sue proprietà elastiche, e ad un fusione a temperatura sufficientemente elevata.

Ora i principali sforzi degli ingegneri sono finalizzati ad aumentare l'efficienza dei motori riducendo l'attrito delle loro parti, perdite di carburante dovute alla sua combustione incompleta, ecc. Le vere opportunità di aumentare l'efficienza qui sono ancora grandi. Quindi, per la turbina a vapore, le temperature iniziali e finali della coppia sono approssimativamente come segue: a queste temperature, la massima efficienza dell'efficienza è:

Il valore effettivo dell'efficienza dovuto a vari tipi di perdite energetiche è:

Aumentando l'efficienza dei motori termici, avvicinandosi al massimo possibile - il compito tecnico più importante.

Motori termici e protezione della natura. L'uso diffuso dei motori termici al fine di ottenere energia comoda per l'uso di energia nella massima estensione rispetto a

tutti gli altri tipi di processi di produzione sono associati all'impatto ambientale.

Secondo la seconda legge della termodinamica, la produzione di energia elettrica e meccanica in linea di principio non può essere eseguita senza rimozione nell'ambiente di quantità significative di calore. Questo non può che portare a un aumento graduale della temperatura media sulla Terra. Ora il consumo energetico è di circa 1010 kW. Quando questo potere raggiunge che la temperatura media aumenterà il modo evidente (circa un grado). Ulteriore aumento della temperatura può creare una minaccia per la fusione dei ghiacciai e un aumento catastrofico del livello dell'oceano del mondo.

Ma questi sono lontani dall'essere esauriti dalle conseguenze negative dell'uso dei motori termici. Riscossi di centrali elettriche termiche, motori a combustione interni di auto, ecc. Continuamente scartato all'atmosfera, impianti nocivi, animali e sostanze umane: composti di zolfo (quando la combustione di carbone), ossidi di azoto, idrocarburi, ossido di carbonio (CO), ecc. A questo proposito, le auto sono rappresentate, il numero di cresce minacciosamente e la pulizia dei gas di scarico è difficile. Alle centrali nucleari c'è un problema della sepoltura dei rifiuti radioattivi pericolosi.

Inoltre, l'uso di turbine a vapore sulle centrali elettriche richiede grandi aree sotto gli stagni per raffreddare il vapore esaurito con un aumento della capacità della centrale elettrica aumenta bruscamente la necessità di acqua. Nel 1980, nel nostro paese, per questi scopi, è stato richiesto vicino all'acqua, cioè circa il 35% della fornitura idrica di tutti i rami dell'economia.

Tutto ciò mette una serie di gravi problemi con la società. Insieme al compito più importante di migliorare l'efficienza dei motori termici, sono necessari una serie di misure di protezione ambientale. È necessario aumentare l'efficacia delle strutture che impediscono l'emissione di sostanze nocive nell'atmosfera; Per ottenere una combustione più completa del carburante nei motori per auto. Già non è più permesso di utilizzare auto con un alto contenuto di CO in gas di scarico. La possibilità di creare veicoli elettrici in grado di competere con ordinaria, e la possibilità di utilizzare il carburante senza sostanze nocive nei gas di scarico, ad esempio, nei motori che operano su una miscela di idrogeno con ossigeno sono scaricati.

È consigliabile per risparmiare area e risorse idriche per costruire intere complessi di centrali elettriche, principalmente atomiche, con un ciclo di alimentazione dell'acqua chiusa.

Un'altra direzione dello sforzo di accompagnamento è quello di aumentare l'efficienza energetica, la lotta per i suoi risparmi.

La soluzione dei problemi elencati sopra è vitale per l'umanità. E questi problemi con il massimo successo possono

da risolvere in una società socialista con lo sviluppo programmato dell'economia in tutto il paese. Ma l'organizzazione della protezione ambientale richiede sforzi per la scala del globo.

1. Quali processi sono chiamati irreversibili? 2. Indica i processi più tipici irreversibili. 3. Fornire esempi di processi irreversibili che non sono menzionati nel testo. 4. Parola la seconda legge della termodinamica. 5. Se il flusso dei fiumi si è invertito, ciò viola la legge della conservazione dell'energia? 6. Quale dispositivo è chiamato un motore termico? 7. Qual è il ruolo del riscaldatore, del frigorifero e del corpo di lavoro del motore termico? 8. Perché i motori termici non possono essere utilizzati come fonte di energia interna dell'oceano? 9. Cosa viene chiamato l'efficienza del motore termico?

10. Qual è il valore massimo possibile dell'efficienza del motore termico?

Il termico è chiamato il motore che esegue il lavoro a causa della fonte dell'energia termica.

Energia termica ( Q Riscaldatore) Dalla fonte viene trasmessa al motore, mentre il motore del motore ricevuto viene speso per le prestazioni W., energia non spesa ( Q Frigorifero) Parte per il frigorifero, il cui ruolo può eseguire, ad esempio, l'aria ambientale. Il motore termico può funzionare solo se la temperatura del frigorifero è inferiore alla temperatura del riscaldatore.

L'efficienza (efficienza) del motore termico può essere calcolata dalla formula: Efficienza \u003d w / q ng.

EFFICIENZA \u003d 1 (100%) nel caso in cui tutta l'energia termica si trasformi in funzione. KPD \u003d 0 (0%) Se nessuna energia termica si trasforma in funzione.

L'efficienza del vero motore di calore risiede tra 0 e 1, maggiore è l'efficienza, il motore più efficiente.

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

Dato il terzo principio della termodinamica, che afferma che non può essere raggiunta la temperatura dell'Absolute Zero (T \u003d 0К), si può dire che è impossibile sviluppare un motore di calore con efficienza \u003d 1, poiché sempre t x\u003e 0.

L'efficienza del motore di calore sarà maggiore è maggiore è maggiore la temperatura del riscaldatore e sotto la temperatura del frigorifero.

Fisica, Grado 10

Lezione 25. Motori termici. Efficienza dei motori termici

L'elenco delle domande considerate nella lezione:

1) il concetto del motore termico;

2) il dispositivo e il principio di funzionamento del motore termico;

3) l'efficienza del motore termico;

4) Ciclo Carno.

Glossario sull'argomento

Motore termico -un dispositivo in cui l'energia del combustibile interna si trasforma in meccanica.

Efficienza (l'efficienza) è il rapporto tra lavoro utile eseguito da questo motore, alla quantità di calore ottenuto dal riscaldatore.

Motore a combustione interna - Il motore in cui il combustibile si combina direttamente nella camera operativa del motore (all'interno).

Motore a reazione - Motore che crea il potere della spinta attraverso la trasformazione dell'energia interna del carburante nell'energia cinetica del getto reattivo del fluido di lavoro.

Ciclo di Carno - Questo è il processo circolare perfetto composto da due processi adiabatici e due isotermici.

Riscaldamento - Il dispositivo da cui il fluido di lavoro ottiene energia, parte del quale va a lavorare.

Frigorifero - Parte del corpo assorbente dell'energia del fluido di lavoro (ambiente o dispositivi di raffreddamento speciali e condensa del vapore esaurito, I.e. Condensatori).

Corpo di lavoro - il corpo che espandibile, fa un lavoro (sono gas o vapore)

La letteratura principale e aggiuntiva sull'argomento della lezione:

1. Myakyshev G.ya., Bukhovtsev B.b., Sottsky n.n. Physics.10 classe. Tutorial per le organizzazioni educative generali m.: Istruzione, 2017. - P. 269 - 273.

2. Rymkevich A.P. Raccolta di compiti in fisica. 10-11 classe. -M.: Goccia, 2014. - P. 87 - 88.

Aprire le risorse elettroniche sull'argomento della lezione

Materiale teorico per auto-studio

Le fiabe e i miti di diverse nazioni testimoniano che le persone sempre sognavano rapidamente spostate da un posto all'altro o rapidamente eseguono un lavoro. Per raggiungere questo obiettivo, necessario dispositivi che potrebbero funzionare o muoversi nello spazio. Guardando il mondo in tutto il mondo, gli inventori sono arrivati \u200b\u200balla conclusione che per facilitare il lavoro e il movimento rapido, è necessario utilizzare l'energia di altri corpi, ad esempio acqua, vento, ecc. È possibile utilizzare l'energia interna della polvere o altro tipo di carburante per i suoi scopi? Se prendiamo una provetta, la collina l'acqua, chiudiamolo con una spina ed essere riscaldata. Se riscaldato, l'acqua bollerà e le coppie dell'acqua verseranno la spina. L'espansione delle coppie fa il lavoro. In questo esempio, vediamo che l'energia interna del carburante è diventata l'energia meccanica di un tubo commovente. Quando si sostituisce il tappo con il pistone capace di spostarsi all'interno del tubo, e il tubo stesso è un cilindro, quindi otterremo il motore termico più semplice.

Motore termico -il motore termico è chiamato un dispositivo in cui l'energia interna del combustibile si trasforma in meccanica.

Ricorda la struttura del motore a combustione interna più semplice. Il motore a combustione interno è costituito da un cilindro, all'interno del quale il pistone si muove. Il pistone con un'asta di collegamento è collegata all'albero motore. Nella parte superiore di ogni cilindro ci sono due valvole. Una delle valvole è chiamata assunzione e l'altra è la laurea. Per garantire la scorrevolezza della corsa del pistone sull'albero motore, un volano pesante è stato rafforzato.

Il ciclo operativo del motore è composto da quattro orologi: ingresso, compressione, movimento del lavoro, rilascio.

Durante la prima volta si apre la valvola di aspirazione e la valvola di scarico rimane chiusa. Abbassare il pistone succhia nella miscela combustibile del cilindro.

Nel secondo tatto, entrambe le valvole sono chiuse. Spostare il pistone comprime la miscela di carburante, che viene riscaldata quando compressa.

Nel terzo tatto, quando il pistone risulta essere nella posizione superiore, la miscela è montata su candele a scintille elettriche. La miscela infiammabile forma gas caldi, la cui pressione è di 3 -6 MPa e la temperatura raggiunge 1600-2200 gradi. La forza di pressione spinge il pistone verso il basso, il cui movimento viene trasmesso all'albero motore con il volano. Avendo ricevuto una spinta forte, il volano continuerà a ruotare sull'inerzia, assicurando il movimento del pistone e durante i seguaci successivi. Durante questo tatto, entrambe le valvole rimangono chiuse.

Nel quarto tatto, si apre una valvola di scarico e i gas di scarico del pistone in movimento vengono spinti attraverso il silenziatore (non mostrato nella figura) nell'atmosfera.

Qualsiasi motore termico include tre elementi principali: riscaldatore, fluido funzionante, frigorifero.

Per determinare l'efficienza del motore termico, viene introdotto il concetto dell'efficienza.

Il rapporto tra Atti utili è chiamato il rapporto tra lavoro utile eseguito da questo motore, alla quantità di calore ottenuto dal riscaldatore.

Q 1 - La quantità di calore ottenuto dal riscaldamento

Q 2 - La quantità di calore, data al frigorifero

- Lavoro eseguito dal motore per ciclo.

Questa efficienza è reale, cioè Solo questa formula e sono usati per caratterizzare i veri motori termici.

Conoscere il potere di N e il tempo di funzionamento T il lavoro del motore eseguito dal ciclo può essere trovato dalla formula

Trasferimento di energia non utilizzata al frigorifero.

Nel XIX secolo, a seguito del lavoro sull'ingegneria del calore, l'ingegnere francese SADI KARO ha proposto un altro metodo per determinare l'efficienza (attraverso la temperatura termodinamica).

Il valore principale di questa formula è che qualsiasi macchina di calore reale che funziona con un riscaldatore avente una temperatura di T 1 e un frigorifero con una temperatura T 2 non può avere un'efficienza che supera l'efficienza della macchina di calore perfetta. SADI CARNO, scoprendo con ciò che un processo chiuso il motore di calore avrà la massima efficienza, proposti di utilizzare un ciclo composto da 2 Adiabatte e due processi isotermici

Ciclo Carno è il ciclo più efficace con una massima efficienza.

Non esiste un motore termico, che ha un'efficienza \u003d 100% o 1.

La formula fornisce il limite teorico per il valore massimo dell'efficienza dei motori termici. Mostra che il motore termico è il più efficace della più alta la temperatura del riscaldatore e sotto la temperatura del frigorifero. Solo ad una temperatura del frigorifero uguale a zero assoluto, η \u003d 1.

Ma la temperatura del frigorifero non può quasi essere inferiore alla temperatura ambiente. Puoi aumentare la temperatura del riscaldatore. Tuttavia, qualsiasi materiale (solido) ha una resistenza al calore limitata o resistenza al calore. Se riscaldato, perde gradualmente le sue proprietà elastiche, e ad un fusione a temperatura sufficientemente elevata.

Ora i principali sforzi degli ingegneri sono finalizzati ad aumentare l'efficienza dei motori riducendo l'attrito delle loro parti, perdite di carburante dovute alla sua combustione incompleta, ecc. Le vere opportunità di aumentare l'efficienza qui sono ancora grandi.

Aumentando l'efficienza dei motori termici e si avvicina al massimo possibile - il compito tecnico più importante.

Motori di calore - Turbine a vapore, impostato anche su tutte le centrali nucleari per produrre vapore ad alta temperatura. In tutti i principali tipi di trasporto moderno, i motori termici sono utilizzati principalmente: sui motori a combustione interni del pistone; Sull'acqua - motori a combustione interna e turbine a vapore; sulla ferrovia - locomotiva diesel con impianti diesel; In Aviation - Pistone, turbocive e motori a reazione.

Confronta le caratteristiche operative dei motori termici.

Motore a vapore - 8%.

Turbina a vapore - 40%.

Turbina a gas - 25-30%.

Motore a combustione interna - 18-24%.

Motore diesel - 40-4%.

Motore a getto - 25%.

L'uso diffuso dei motori termici non passa senza una traccia per l'ambiente: diminuisce gradualmente la quantità di ossigeno e aumenta la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera, l'aria è contaminata da composti chimici dannosi per la salute umana. C'è una minaccia per il cambiamento climatico. Pertanto, trovare modi per ridurre l'inquinamento ambientale è uno dei problemi scientifici e tecnici più pressanti.

Esempi e analisi delle soluzioni attività

1 . Che tipo di potenza media sviluppa il motore dell'auto, se ad una velocità di un consumo di benzina di 180 km / h è di 15 litri per 100 km di strada, e l'efficienza del motore è del 25%?