Zasada działania silników termicznych. Wydajność wydajności (wydajność) silników termicznych jest hipermarketem wiedzy. Zasady działania silników termicznych wydajności silnika ciepła jest równe co

główny / Silnik

Klasa: 10

Rodzaj lekcji: Lekcja studiuje nowy materiał.

Celem lekcji: wyjaśnić zasadę działania silnika termicznego.

Lekcja zadań:

Edukacyjne: Przedstaw uczniowie z rodzajami silników ciepła, rozwijają zdolność do określenia wydajności silników ciepła, ujawniają rolę i wartość TD w nowoczesnej cywilizacji; Podsumować i rozszerzyć wiedzę uczniów w kwestiach środowiskowych.

Rozwijanie: rozwijaj uwagę i mowę, poprawić umiejętności pracy z prezentacją.

Edukacyjne: Wywoływanie poczucia odpowiedzialności za kolejne pokolenia, w związku z tym, rozważmy wpływ silników termicznych do środowiska.

Wyposażenie: komputery dla studentów, komputera nauczyciela, projektora multimedialnego, testów (w programie Excel), biblioteka fizyki 7-11 biblioteki elektronicznej instrukcji wizualnych. "Cyryl i Metodius".

Podczas zajęć

1. Orgmoment.

2. Organizacja uwagi uczniów

Temat naszej lekcji: "silniki ciepła". (Slajd 1)

Dzisiaj przypomnimy rodzaje silników termicznych, rozważmy warunki ich skutecznej pracy, porozmawiaj o problemach ich ogromnego użytku. (Slide 2)

3. Aktualizacja wiedzy referencyjnej

Przed przystąpieniem do badania nowego materiału proponuję sprawdzić, jak jesteś gotowy na to.

Ankieta czołowa:

- Daj formułowanie pierwszej ustawy termodynamiki. (Zmiana wewnętrznej energii systemu podczas przełączenia go z jednego stanu na inny równy ilości działania wytrzymałości zewnętrznej i ilości ciepła przenoszonego przez system. U \u003d A + Q)

- Czy gaz może być ciepły lub ochłodzić bez wymiany ciepła ze środowiskiem? Jak to się stało? (Z procesami adiabatycznymi.) (Slajd 3)

- Napisz pierwsze prawo termodynamiki w następujących przypadkach: a) wymiana ciepła między organami w kalorymetrze; b) ogrzewanie wody na alkoholu; c) Ogrzewanie ciała podczas uderzenia. ( ale) A \u003d 0., Q \u003d 0, u \u003d 0; b) a \u003d 0, u \u003d q; c) q \u003d 0, u \u003d a)

- Figura przedstawia cykl wykonywany przez idealny gaz określonej masy. Obraz ten cykl na wykresach p (t) i t (p). W jakich obszarach gazu cyklu przydzielają ciepło i co - pochłania?

(W obszarach 3-4 i 2-3, gaz przydzielają szereg ciepła, a w obszarach 1-2 i 4-1 ciepła wchłoniętym gazem.) (Slajd 4)

4. Badanie nowego materiału

Wszystkie zjawiska fizyczne i prawa są stosowane w codziennym życiu osoby. Wewnętrzne zasady energii w oceanach i ziemskiej skorupie można uznać za praktycznie nieograniczone. Ale nie wystarczy mieć te rezerwy. Konieczne jest kosztem energii, aby móc prowadzić urządzenie zdolne do pracy. (Slide 5)

Jakie jest źródło energii? (Różne rodzaje paliwa, energia wiatrowa, słońce, pływy i śpiewa)

Istnieją różne rodzaje maszyn, które wdrażają w ich pracy przekształcenie jednego rodzaju energii w inny.

Silnik ciepła jest urządzeniem, który konwertuje wewnętrzną energię paliw do energii mechanicznej. (Slide 6)

Rozważmy urządzenie i zasadę silnika termalnego. Maszyna ciepła działa cyklicznie.

Każda maszyna ciepła składa się z grzejnika, płynu roboczego i lodówki. (Slide 7)

CPD Closed Cycle (Slide 8)

P 1 - ilość ciepła otrzymanego z ogrzewania q 1\u003e q 2

Q 2 - ilość ciepła jest podawana do lodówki Q 2

A / \u003d Q 1 - | Q 2 | - Praca wykonywana przez silnik na cykl?< 1.

Clo Cycle Carno (slajd 9)

T1 - Temperatura grzewcza.

T 2 - Temperatura lodówki.

Wszystkie główne rodzaje nowoczesnego transportu są głównie używane silniki termiczne. W transporcie kolejowym do połowy XX wieku. Głównym silnikiem była maszyna parowa. Teraz używają głównie instalacji dieslowych i lokomotyw elektrycznych. W związku z transportem wodnym stosowano silniki parowe, zarówno silniki spalinowe, jak i silne turbiny dla dużych naczyń są stosowane.

Zastosowanie silników termicznych (głównie potężnych turbin parowych) na elektrowniach termicznych, gdzie prowadzą wirniki generatorów prądu elektrycznego w ruchu. Około 80% wszystkich energii elektrycznej w naszym kraju jest produkowane na elektrowniach termicznych.

Silniki ciepła (turbiny parowe) są również instalowane na elektrowniach jądrowych. Turbiny GOSE są szeroko stosowane w rakietach, w transporcie kolejowym i drogowym.

W pojazdach stosują silniki spalania wewnętrznego tłoka z zewnętrzną tworzeniem palnego mieszaniny (silniki gaźnikowe) i silników, tworząc palną mieszaninę bezpośrednio wewnątrz cylindrów (silniki wysokoprężne).

W lotnictwie silniki tłokowe są instalowane na lekkich samolotach, a na ogromnych liniach - turbośnieżarki i silnikach odrzutowych, które należą do silników termicznych. Silniki odrzutowe są używane na rakietach kosmicznych. (Slajd 10)

(Pokazuje frazy wideo silnika turbo.)

Rozważ w bardziej szczegółowo działanie silnika spalinowego wewnętrznego. Wyświetl kamerę wideo. (Slide 11)

Działanie silnika czterokwiątkowego.
1 Takt: wlot.
2 zegar: kompresja.
3 zegar: ruch roboczy.
4 TACT: Uwolnij.
Urządzenie: cylinder, tłok, wał korbowy, 2 zawory (spożycie i zwolnienie), świeca.
Martwe kropki - skrajna pozycja tłoka.
Porównaj cechy operacyjne silników termicznych.

  • Silnik parowy - 8%
  • Turbina parowa - 40%
  • Turbina gazowa - 25-30%
  • Wewnętrzny silnik spalania - 18-24%
  • Silnik Diesla - 40-4%
  • Silnik odrzutowy - 25% (slajd 112)

Silniki ciepła i ochrona środowiska (slajd 13)

Stały wzrost urządzeń energetycznych staje się coraz częściej dystrybuujący zakodowanego ognia - prowadzi do faktu, że ilość zwolnienia ciepła staje się porównywalna z innymi składnikami salda termicznego w atmosferze. Nie może to prowadzić do wzrostu średniej temperatury na Ziemi. Zwiększenie temperatury może stworzyć zagrożenie dla topnienia lodowców i katastrofalnego wzrostu poziomu oceanu świata. Ale to nie wyczerpuje negatywnych skutków stosowania silników termicznych. Rośnie zwolnienie do atmosfery cząstek mikroskopowych - sadza, popiołu, kruszonego paliwa, co prowadzi do wzrostu "efektu cieplarnianego" ze względu na wzrost stężenia dwutlenku węgla przez długi okres czasu. Prowadzi to do wzrostu temperatury atmosfery.

Emitowane toksyczne produkty spalania, produkty niepełnego spalania paliwa organicznego - mają szkodliwy wpływ na florę i faunę. Szczególne niebezpieczeństwo w tym zakresie to samochody, których liczba rośnie groźnie, a czyszczenie gazów spalinowych jest trudny.

Wszystko to stawia wiele poważnych problemów ze społeczeństwem. (Slide 14)

Konieczne jest zwiększenie skuteczności struktur, które utrudniają emisję szkodliwych substancji do atmosfery; Aby osiągnąć pełniejszy spalanie paliwa w silnikach samochodowych, a także wzrost efektywności energetycznej, oszczędzając go w pracy iw codziennym życiu.

Silniki alternatywne:

  • 1. Elektryczny
  • 2. Silniki działające na energię słońca i wiatru (slajd 15)

Sposoby rozwiązania problemów środowiskowych:

    Używaj paliwa alternatywnego.

    Używaj silników alternatywnych.

    Odzyskiwanie środowiska.

    Edukacja kultury ekologicznej. (Slide 16)

5. Materiał mocujący

We wszystkim musisz iść tylko w roku, aby przekazać pojedynczy egzamin państwowy. Proponuję rozwiązać kilka zadań z części i demo-fizyki na rok 2009. Zadaniem znajdziesz na komputerach komputerowych.

6. Podsumowując lekcję

Od momentu zbudowano pierwszą maszynę parową, minęło ponad 240 lat. W tym czasie maszyny ciepła znacznie zmieniły treść ludzkiego życia. Było to wykorzystanie tych maszyn, które pozwoliły ludzkości wejść w przestrzeń, ujawniają tajemnice głębokości morza.

Ustawiają szacunki do pracy w lekcji.

7. Praca domowa:

§ 82 (Myakyshev G.ya.), ex. 15 (11, 12) (slajd 17)

8. Odbicie

Przed opuszczeniem klasy wypełnij tabelę.

Pracowałem na lekcji

aktywnie / pasywny

Moja praca na lekcji

zadowolony / nie zadowolony

Lekcja wydawała mi się

krótki długi

Na lekcję I.

nie zmęczony / zmęczony

I przydatne wzory.

Zadania w fizyce o wydajności silnika termicznego

Zadanie do obliczania wydajności silnika ciepła №1

Stan: schorzenie

Ważenie wody 175 g jest ogrzewane na alkoholu. Podczas gdy woda ogrzewano z T1 \u003d 15 do T2 \u003d 75 stopni Celsjusza, masa alkoholu zmniejszyła się z 163 do 157 g. Oblicz wydajność instalacji.

Decyzja

Wydajność użytecznej operacji może być obliczona jako stosunek przydatnych prac i całkowitej ilości ciepła generowanego przez alkohol:

Przydatne prace w tym przypadku jest odpowiednikiem ilości ciepła, który poszedł wyłącznie do ogrzewania. Można obliczyć zgodnie ze znaną formułą:

Całkowita ilość ciepła jest obliczana, znając masę spalonego alkoholu i jego specyficznego ciepła spalania.

Zastępujemy wartości i obliczamy:

Odpowiedź: 27%

Zadanie do obliczania wydajności silnika ciepła №2

Stan: schorzenie

Stary silnik wykonał pracę z 220,8 mj, spędzając 16 kilogramów benzyny. Oblicz wydajność silnika.

Decyzja

Znajdujemy całkowitą ilość ciepła, które wytworzyło silnik:

Lub, pomnożenie o 100, otrzymujemy wartość wydajności w procentach:

Odpowiedź: 30%.

Zadanie do obliczania wydajności silnika ciepła №3

Stan: schorzenie

Maszyna ciepła działa na cyklu Carno, z 80% ciepła otrzymanego z nagrzewnicy, jest przesyłana do lodówki. Dla jednego cyklu, korpus roboczy otrzymuje ciepło 6,3 j z nagrzewnicy. Znajdź pracę i wydajność cyklu.

Decyzja

Efektywność doskonałej maszyny ciepła:

Według stanu:

Oblicz pierwszą pracę, a następnie wydajność:

Odpowiedź: dwadzieścia%; 1,26 J.

Zadanie do obliczania wydajności silnika ciepła №4

Stan: schorzenie

Diagram przedstawia cykl silnika wysokoprężnego składający się z adiabat 1-2 i 3-4, ISobara 2-3 i Isoohra 4-1. Temperatury gazu w punktach 1, 2, 3, 4 są odpowiednio T1, T2, T3, T4. Znajdź cykl CCD.

Decyzja

Przeanalizujmy cykl, a wydajność zostanie obliczona przez podwładną i przydzieloną ilość ciepła. Na adiabatach ciepło nie jest dostarczany i nie przydzielany. W przypadku ciepła ISOBARA 2 - 3 jest dostarczana, objętość wzrasta, a odpowiednio temperatura rośnie. Na Isoore podano 4 - 1 ciepło, a ciśnienie i spadek temperatury.

Podobnie:

Dostajemy wynik:

Odpowiedź: Patrz wyżej.

Wyzwaniem do obliczania wydajności silnika ciepła nr 5

Stan: schorzenie

Samochód termiczny działający na cyklu Carboy umożliwia jeden cykl A \u003d 2,94 KJ i zapewnia chłodnicę jednego cyklu ilości ciepła Q2 \u003d 13,4 KJ. Znajdź cykl CCD.

Decyzja

Piszemy formułę wydajności:

Odpowiedź: 18%

Pytania na temat silników termicznych

Pytanie 1. Co to jest silnik cieplny?

Odpowiedź. Silnik ciepła jest maszyną, która sprawia, że \u200b\u200bpraca z powodu energii dochodzi do niego w procesie przenoszenia ciepła. Główne części silnika termicznego: podgrzewacz, lodówka i korpus roboczy.

Pytanie 2. Podaj przykłady silników termicznych.

Odpowiedź. Pierwsze silniki termiczne, które otrzymały powszechne, były maszynami parowymi. Przykłady nowoczesnego silnika ciepła mogą służyć:

  • silnik rakietowy;
  • silnik lotniczy;
  • turbina gazowa.

Pytanie 3. Czy wydajność silnika może być równa?

Odpowiedź. Nie. Wydajność jest zawsze mniejsza niż jedna (lub mniej niż 100%). Istnienie silnika z wydajnością jest równa jednej w przeciwieństwie do pierwszego początku termodynamiki.

Wydajność prawdziwych silników rzadko przekracza 30%.

Pytanie 4. Co to jest KPD?

Odpowiedź. Wydajność (wydajność) - stosunek pracy, który silnik wykonuje ilość ciepła otrzymanego z nagrzewnicy.

Pytanie 5. Jakie jest specyficzne spalanie ciepła paliwa?

Odpowiedź. Specjalne spalanie ciepła p. - Wartość fizyczna, która pokazuje, ile ciepła jest uwalniane podczas spalania paliwa o waży 1 kg. Podczas rozwiązywania zadań wydajności możliwe jest określenie mocy silnika N i ilość paliwa spalanego na jednostkę czasu.

Zadania i pytania dotyczące cyklu Carno

Wpierając się na temat silników cieplnych, nie można opuścić cyklu Carna na bok - być może najbardziej znany cykl maszyny ciepła w fizyce. Dajemy dodatkowo kilka zadań i pytań do cyklu Carno z rozwiązaniem.

Cykl (lub proces) Carno jest doskonały cykl okrągły składający się z dwóch adiabat i dwie izotermy. Nazwany tak na cześć francuskiego inżyniera Sadi Carno, który opisał ten cykl w swojej pracy naukowej "na siłą napędowej ognia i na maszynach, które mogą rozwijać tę moc" (1894).

Zadanie na cyklu Carno №1

Stan: schorzenie

Idealny samochód termalny działający na cyklu Carboya umożliwia jeden cykl A \u003d 73,5 kJ. Temperatura nagrzewnicy T1 \u003d 100 ° С, temperatura lodówki T2 \u003d 0 ° C. Znajdź wydajność cyklu, ilość ciepła otrzymanego przez maszynę do jednego cyklu z nagrzewnicy, a ilość ciepła uwalnianego dla jednego cyklu lodówka.

Decyzja

Oblicz CPD cyklu:

Z drugiej strony, aby znaleźć ilość ciepła uzyskanego przez maszynę, używamy stosunku:

Ilość ciepła, podana lodówce, będzie równa różnicy w całkowitej pracy ciepła i przydatnych:

Odpowiedź: 0,36; 204,1 KJ; 130,6 KJ.

Zadanie cyklu Carno №2

Stan: schorzenie

Idealny samochód termalny działający w cyklu Carno umożliwia jeden cykl A \u003d 2,94 kJ i daje ilość jakości ciepła Q2 \u003d 13,4 KJ dla jednego cyklu. Znajdź cykl CCD.

Decyzja

Formuła do cyklu wydajności Carno:

Tutaj a - doskonała praca, a Q1 to ilość ciepła, które musiało go zrobić. Ilość ciepła, którą idealny samochód daje lodówkę, równą różnicy tych dwóch wartości. Wiedząc o tym, znajdziemy:

Odpowiedź: 17%.

Zadaniem na cykl Carno №3

Stan: schorzenie

Obraz cykl Carno na diagramie i opisz go

Decyzja

Cykl Carno na diagramie PV jest następujący:

  • 1-2. Przedłużenie izotermiczne, korpus roboczy otrzymuje od grzejnika ilość ciepła Q1;
  • 2-3. Rozszerzenie adiabatyczne, ciepło nie jest dostarczane;
  • 3-4. Kompresja izotermiczna, podczas której ciepło jest przenoszone do lodówki;
  • 4-1. Kompresja adiabatyczna.

Odpowiedź: patrz wyżej.

Pytanie na cykl Carno №1

Słowo pierwszy twierdzenie Carno

Odpowiedź. Pierwsze twierdzenie Carno stwierdza: wydajność maszyny ciepła działającej na cyklu Carno zależy tylko od temperatur grzejnika i lodówki, ale nie zależy od urządzenia maszynowego, ani z rodzaju lub właściwości płynu roboczego.

Pytanie na cykl Carno №2

Czy wydajność w cyklu Carno wynosi 100%?

Odpowiedź. Nie. Wydajność cyklu Carno będzie wynosić 100% tylko wtedy, gdy temperatura lodówki jest równa absolutnie zero, a to nie jest możliwe.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące tematu silników termicznych i cyklu Carno, można bezpiecznie poprosić je w komentarze. A jeśli potrzebujesz pomocy w rozwiązywaniu zadań lub innych przykładach i zadań, kontakt

Wydajność silnika termalnego. Zgodnie z prawem ochrony energii operacja wykonywana przez silnik jest równa:

gdzie - ciepło uzyskane z nagrzewnicy jest ciepło, podane do lodówki.

Wydajność silnika termicznego nazywana jest stosunkiem działania wykonanego silnika, do ilości ciepła otrzymanego z nagrzewnicy:

Ponieważ wszystkie silniki mają pewną ilość ciepła przeniesionego do lodówki, a następnie we wszystkich przypadkach

Maksymalna wartość wydajności silników termicznych. Engine Engineer i Scholar Karo (1796 1832) w pracy "Refleksje na sile napędowej ognia" (1824) umieścić cel: Dowiedzieć się jednak, że działanie silnika ciepła będzie najbardziej skuteczne, tj. W jakich warunkach Silnik będzie miał maksymalną wydajność.

Carno wymyślił doskonałą maszynę termiczną z doskonałym gazem jako ciało robocze. Obliczył wydajność tego samochodu pracującym z podgrzewaczem temperatury i lodówką

Główną wartością tego wzoru jest to, w jaki sposób Carno udowodnił, opierając się na drugim prawie termodynamiki, który, każdy realny nośnik ciepła, pracujący z podgrzewaczem temperatury i chłodziarką temperatury nie może mieć współczynnika wydajności przekraczającego wydajność idealnej maszyny ciepła.

Formuła (4.18) podaje limit teoretyczny do maksymalnej wartości wydajności silników termicznych. Pokazuje, że silnik termiczny jest bardziej skuteczny niż wyższa temperatura grzejnika i poniżej temperatury lodówki. Tylko w temperaturze lodówki równej absolutnej zero,

Ale temperatura lodówki prawie nie może być znacznie niższa niż temperatura otoczenia. Możesz zwiększyć temperaturę grzejnika. Jednak każdy materiał (stały) ma ograniczoną odporność na ciepło lub odporność na ciepło. Po podgrzaniu stopniowo traci właściwości elastyczne, a w wystarczająco wysokiej temperaturze topi się.

Teraz główne wysiłki inżynierów mają na celu zwiększenie wydajności silników, zmniejszając tarcie ich części, straty paliwa ze względu na niekompletne spalanie itp realne możliwości zwiększenia efektywności tutaj są nadal duże. Tak więc, dla turbiny parowej, początkowe i końcowe temperatury pary są w przybliżeniu w przybliżeniu: w tych temperaturach maksymalna wydajność wydajności jest:

Rzeczywista wartość wydajności dzięki różnym rodzajom strat energetycznych jest:

Zwiększenie wydajności silników termicznych, zbliża się do maksymalnego możliwego - najważniejszego zadania technicznego.

Silniki termiczne i ochrona przyrody. Powszechne stosowanie silników termicznych w celu uzyskania energii wygodnej do wykorzystania energii do największego stopnia w porównaniu do

wszystkie inne rodzaje procesów produkcyjnych są związane z wpływem na środowisko.

Zgodnie z drugim prawem termodynamiki produkcja energii elektrycznej i mechanicznej w zasadzie nie może być przeprowadzona bez usunięcia w środowisku znacznych ilości ciepła. Nie może to jednak prowadzić do stopniowego wzrostu średniej temperatury na Ziemi. Teraz zużycie energii wynosi około 1010 kW. Gdy ta moc osiągnie, że średnia temperatura wzrośnie zauważalny sposób (około jednego stopnia). Dalszy wzrost temperatury może stworzyć zagrożenie dla topnienia lodowców i katastrofalnego wzrostu poziomu oceanu świata.

Ale są one daleko od wyczerpania negatywnymi konsekwencjami stosowania silników termicznych. Obiory elektrowni termicznych, silniki spalania wewnętrznego samochodów itp. Ciągłe odrzucone do atmosfery, szkodliwych roślin, zwierząt i substancji ludzkich: związki siarki (gdy spalanie węgla), tlenki azotu, węglowodory, tlenek węgla (CO) itp. W tym względzie, samochody są reprezentowane, której liczba rośnie groźnie, a czyszczenie gazów odpadowych jest trudne. W elektrowniach jądrowych występuje problem pogrzebu odpadów radioaktywnych niebezpiecznych.

Ponadto stosowanie turbin parowych na elektrowniach wymaga dużych obszarów pod stawami, aby schłodzić spędzoną parę ze wzrostem wydajności elektrowni ostro zwiększa potrzebę wody. W 1980 r. W naszym kraju, w tym celach, wymagana była w pobliżu wody, czyli około 35% dostaw wody wszystkich oddziałów gospodarki.

Wszystko to stawia wiele poważnych problemów ze społeczeństwem. Wraz z najważniejszym zadaniem poprawy efektywności silników termicznych wymagane są szereg środków ochrony środowiska. Konieczne jest zwiększenie skuteczności struktur, które utrudniają emisję szkodliwych substancji do atmosfery; Aby osiągnąć pełniejszy spalanie paliwa w silnikach samochodowych. Nie wolno już prowadzić samochodów z wysoką zawartością CO w gazach spalinowych. Możliwość tworzenia pojazdów elektrycznych w stanie rywalizować ze zwykłymi, a możliwość stosowania paliwa bez szkodliwych substancji w gazach odpadowych, na przykład w silnikach działających na mieszaninie wodoru z tlenem, są odprowadzane.

Wskazane jest do oszczędzania obszarze i zasobów wodnych do konstruowania całych kompleksów elektrowni, głównie atomowych, z zamkniętym cyklem zasilania wodą.

Innym kierunkiem towarzyszącego wysiłku jest zwiększenie efektywności energetycznej, walkę o oszczędności.

Rozwiązanie problemów wymienionych powyżej jest istotne dla ludzkości. I te problemy z maksymalnym sukcesem mogą

aby rozwiązać w społeczeństwie socjalistycznym z planowanym rozwojem gospodarki w całym kraju. Ale organizacja ochrony środowiska wymaga wysiłków na skalę świata.

1. Jakie procesy są nazywane nieodwracalne? 2. Wymień najbardziej typowe nieodwracalne procesy. 3. Podaj przykłady nieodwracalnych procesów, które nie są wymienione w tekście. 4. Słowo drugą ustawę termodynamiki. 5. Jeśli przepływ rzek odwrócony, naruszyłby to prawo ochrony energii? 6. Jakie urządzenie nazywa się silnikiem termicznym? 7. Jaka jest rola nagrzewnicy, lodówki i korpusu roboczego silnika termicznego? 8. Dlaczego w silnikach termicznych nie można stosować jako wewnętrzne źródło energii oceanu? 9. Co nazywa się skutecznością silnika termicznego?

10. Jaka jest maksymalna możliwa wartość wydajności silnika termicznego?



Termal nazywany jest pracą silnika z powodu źródła energii termicznej.

Energia cieplna ( Q nagrzewnica) Ze źródła jest przesyłany do silnika, podczas gdy silnik otrzymanego silnika jest wydawany na wydajność W., niewydana energia ( Q lodówka.) Odchodzi do lodówki, której rola może wykonać, na przykład, otaczające powietrze. Silnik termiczny może działać tylko wtedy, gdy temperatura lodówki jest mniejsza niż temperatura grzejnika.

Wydajność (wydajność) silnika termicznego można obliczyć za pomocą wzoru: Wydajność \u003d W / Q Ng.

Wydajność \u003d 1 (100%) w przypadku, gdy wszystkie energia ciepła zmieniają się w działanie. KPD \u003d 0 (0%), jeśli nie ma energii cieplnej włączenia.

Wydajność rzeczywistego silnika ciepła mieści się między 0 do 1, tym większa wydajność, tym bardziej wydajny silnik.

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

Biorąc pod uwagę trzecią zasada termodynamiki, którą stwierdza, że \u200b\u200btemperatura absolutnego zera (T \u003d 0) nie można osiągnąć, można powiedzieć, że nie można opracować silnika ciepła z wydajnością \u003d 1, ponieważ zawsze t x\u003e 0.

Wydajność silnika ciepła będzie większą tym wyższą temperaturą grzejnika i poniżej temperatury lodówki.

Fizyka, stopień 10

Lekcja 25. Silniki termiczne. Efektywność silników termicznych

Lista pytań rozpatrywanych w lekcji:

1) koncepcja silnika termicznego;

2) Urządzenie i zasada działania silnika termicznego;

3) wydajność silnika termalnego;

4) Carno Cycle.

Glosariusz na temat

Silnik termiczny -urządzenie, w którym wewnętrzna energia paliwa zamienia się w mechaniczne.

Wydajność (wydajność) jest stosunkiem przydatnych prac wykonywanych przez ten silnik, do ilości ciepła otrzymanego z nagrzewnicy.

Silnik spalinowy - Silnik, w którym paliwo łączy się bezpośrednio w komorze roboczej silnika (wewnątrz).

Silnik odrzutowy - Silnik, który stwarza moc pchnięcia transformacji wewnętrznej energii paliwa do energii kinetycznej strumienia reaktywnego płynu roboczego.

Carno Cycle. - Jest to idealny proces okrągły składający się z dwóch procesów adiabatycznych i dwóch izotermicznych.

Podgrzewacz - Urządzenie, z którego płyn pracujący dostaje energię, której część idzie do pracy.

Lodówka - Ciało pochłaniające część energii płynu roboczego (środowiska lub specjalne urządzenia chłodzące i kondensację zużytej pary, tj. Skraplacze).

Korpus roboczy - ciało, które się rozszerza, tworzy pracę (jest gazem lub parą)

Główna i dodatkowa literatura na temat lekcji:

1. Myakyshev G.ya., Bukhovtsev B.B., Slotsky N.n. Klasa fizyki.10. Samouczek dla ogólnych organizacji edukacyjnych M.: Edukacja, 2017. - P. 269 - 273.

2. Rymkevich A.P. Zbiór zadań w fizyce. 10-11 klasa. -M.: Drop, 2014. - P. 87 - 88.

Otwórz zasoby elektroniczne na temat lekcji

Materiał teoretyczny do samodzielnego badania

Wróżki i mitów różnych narodów świadczy, że ludzie zawsze marzyli o szybko przeniesieniu z jednego miejsca do drugiego lub szybko wykonać jedną pracę. Aby osiągnąć ten cel, potrzebne urządzenia, które mogłyby działać lub poruszać się w przestrzeni. Oglądanie świata na całym świecie, wynalazcy doszli do wniosku, że ułatwianie pracy i szybkiego ruchu, konieczne jest stosowanie energii innych organów, na przykład wody, wiatru itp. Czy można użyć wewnętrznej energii proszku lub innego rodzaju paliwa do celów? Jeśli weźmiemy probówkę, wzgórze, woda, zamknij go z wtyczką i być ogrzewany. Po podgrzewaniu woda będzie się zagotować, a pary wodne wylały wtyczkę. Para rozszerzająca się pracuje. W tym przykładzie widzimy, że wewnętrzna energia paliwa stała się energią mechaniczną ruchomej rury. Podczas wymiany korka z tłokiem zdolny do przemieszczania się wewnątrz rury, a sama rura jest cylindrem, a następnie otrzymamy najprostszy silnik termiczny.

Silnik termiczny -silnik termiczny nazywany jest urządzeniem, w którym wewnętrzna energia paliwa zamienia się w mechaniczne.

Przypomnij sobie strukturę najprostszego silnika spalinowego. Wewnętrzny silnik spalania składa się z cylindra, wewnątrz którego ruchy tłoków. Tłok z prętem łączącym jest podłączony do wału korbowego. Na górze każdego cylindra znajdują się dwa zawory. Jeden z zaworów nazywany jest spożyciem, a drugi jest ukończenie studiów. Aby zapewnić gładkość skoku tłoka na wale korbowym, wzmocniono ciężki koło zamachowe.

Cykl operacyjny silnika składa się z czterech zegarów: wlot, kompresję, ruch roboczy, zwolnienie.

Po raz pierwszy otwiera zawór dolotowy, a zawór wydechowy pozostaje zamknięty. Poruszający się w dół tłoka jest do bani do piklowanej mieszanki cylindrów.

W drugim takcie oba zawory są zamknięte. Poruszanie tłoka kompresuje mieszaninę paliwową, która jest ogrzewana podczas ściskania.

W trzecim taktuch, gdy tłok okaże się w górnej pozycji, mieszaninę zamontowaną na świecach iskier elektrycznych. Łączna mieszanina tworzy gorące gazy, z których ciśnienie wynosi 36 MPa, a temperatura osiąga 1600-2200 stopni. Siła ciśnienia popycha tłok w dół, którego ruch jest przesyłany do wału korbowego z kołem zamachowym. Po otrzymaniu silnego push, koło zamachowe będzie nadal obracać się na bezwładności, zapewniając ruch tłoka i podczas kolejnych pędów. Podczas tego taktu oba zawory pozostają zamknięte.

W czwartym taktowaniu otwiera zawór wydechowy, a gaze wydechowe przez ruchomy tłok jest przepychany przez tłumik (nie pokazany na rysunku) do atmosfery.

Każdy silnik termiczny obejmuje trzy główne elementy: nagrzewnica, płyn roboczy, lodówka.

Aby określić wydajność silnika termicznego, wprowadzono koncepcję wydajności.

Stosunek użytecznych aktów nazywany jest stosunkiem przydatnych prac wykonywanych przez ten silnik, do ilości ciepła otrzymanego z nagrzewnicy.

P 1 - ilość ciepła otrzymanego z ogrzewania

Q 2 - ilość ciepła, podawana do lodówki

- Praca wykonywana przez silnik na cykl.

Ta wydajność jest prawdziwa, tj. Tylko ta formuła i są używane do scharakteryzowania prawdziwych silników termicznych.

Znajomość mocy N, a czas pracy T Praca silnika wykonywana przez cykl można znaleźć według formuły

Przeniesienie niewykorzystanej energii do lodówki.

W XIX wieku, w wyniku pracy nad inżynierią cieplną, francuski inżynier Sadi Karo zaproponował inny sposób określania wydajności (przez temperaturę termodynamiczną).

Główną wartością tego wzoru jest to, że każda realna maszyna cieplna działająca z grzejnikiem o temperaturze T1 i lodówkę o temperaturze T2 nie może mieć wydajności przekraczającej wydajność idealnej maszyny ciepła. Sadi Carno, dowiedz się z tym, co proces zamknięty silnik ciepła będzie miała maksymalną wydajność, zaproponowała użycie cyklu składającego się z 2 adiabatte i dwóch procesów izotermicznych

Cykl Carno jest najskuteczniejszym cyklem mający maksymalną wydajność.

Nie ma silnika termicznego, który ma wydajność \u003d 100% lub 1.

Formuła daje limit teoretyczny do maksymalnej wartości wydajności silników termicznych. Pokazuje, że silnik termiczny jest bardziej skuteczny niż wyższa temperatura grzejnika i poniżej temperatury lodówki. Tylko w temperaturze lodówki równej absolutnej zero, η \u003d 1.

Ale temperatura lodówki prawie nie może być poniżej temperatury otoczenia. Możesz zwiększyć temperaturę grzejnika. Jednak każdy materiał (stały) ma ograniczoną odporność na ciepło lub odporność na ciepło. Po podgrzaniu stopniowo traci właściwości elastyczne, a w wystarczająco wysokiej temperaturze topi się.

Teraz główne wysiłki inżynierów mają na celu zwiększenie wydajności silników, zmniejszając tarcie ich części, straty paliwa ze względu na niekompletne spalanie itp realne możliwości zwiększenia efektywności tutaj są nadal duże.

Zwiększenie wydajności silników termicznych i zbliża się do maksymalnego możliwego - najważniejszego zadania technicznego.

Silniki ciepła - turbiny parowe, również ustawione na wszystkich elektrowniach jądrowych w celu wytworzenia pary wysokiej temperatury. We wszystkich głównych rodzajach nowoczesnego transportu stosuje się głównie silniki termiczne: na silnikach samochodowych - wewnętrznych silników spalinowych; na wodzie - silniki spalinowe wewnętrzne i turbiny parowe; Na lokomotyw kolejowych - wysokoprężnych z instalacjami wysokoprężnymi; W lotnictwie - Silniki tłokowe, turbackjne i odrzutowe.

Porównaj cechy operacyjne silników termicznych.

Silnik parowy - 8%.

Turbina parowa - 40%.

Turbina gazowa - 25-30%.

Wewnętrzny silnik spalania - 18-24%.

Silnik Diesla - 40-4%.

Silnik odrzutowy - 25%.

Powszechne stosowanie silników termicznych nie przechodzi bez śladu dla środowiska: stopniowo zmniejsza ilość tlenu i zwiększa ilość dwutlenku węgla w atmosferze, powietrze jest zanieczyszczone związkami chemicznymi szkodliwymi dla zdrowia ludzkiego. Istnieje zagrożenie dla zmian klimatu. Dlatego znajdowanie sposobów zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska jest jednym z najbardziej prasujących problemów naukowych i technicznych.

Przykłady i analiza rozwiązań zadań

1 . Jakiego rodzaju średniej mocy rozwija silnik samochodu, jeśli z prędkością 180 km / h zużycie benzyny wynosi 15 litrów na 100 km drogi, a wydajność silnika wynosi 25%?

© 2021 Bugulma-lada.ru - Portal dla właścicieli samochodów