Principiul acțiunii motoarelor termice. Eficiența eficienței (eficienței) motoarelor termice este un hypermarket de cunoștințe. Principiile funcționării motoarelor termice ale eficienței motorului de căldură sunt egale cu ceea ce

Am lucrat la lecție

activ / pasiv

Munca mea la lecția I

satisfăcut / nu este mulțumit

Lecția mi-a părut

scurt lung

Pentru o lecție I.

nu obosit / obosit

Și formule utile.

Sarcini în fizică privind eficiența motorului termic

Sarcina pentru calcularea eficienței motorului de căldură №1

Condiție

Cântărirea de apă 175 g este încălzită pe alcool. În timp ce apa a fost încălzită de la T1 \u003d 15 până la T2 \u003d 75 grade Celsius, masa alcoolului a scăzut de la 163 la 157 g. Calculați eficiența instalației.

Decizie

Eficiența operațiunii utile poate fi calculată ca raport de muncă utilă și cantitatea totală de căldură generată de alcool:

Lucrările utile în acest caz este echivalentul cantității de căldură care a fost exclusiv pentru încălzire. Acesta poate fi calculat în conformitate cu formula binecunoscută:

Cantitatea totală de căldură este calculată, cunoașterea masei alcoolului ars și a căldurii sale specifice de combustie.

Înlocuim valorile și calculați:

Răspuns: 27%

Sarcina pentru calcularea eficienței motorului de căldură №2

Condiție

Motorul vechi a făcut un loc de muncă de 220,8 MJ, petrecând 16 kilograme de benzină. Calculați eficiența motorului.

Decizie

Găsim cantitatea totală de căldură care a produs motorul:

Sau, înmulțirea cu 100, obținem valoarea eficienței în procente:

Răspuns: 30%.

Sarcina pentru calcularea eficienței motorului de căldură №3

Condiție

Mașina de căldură funcționează pe ciclul Carno, cu 80% din căldura obținută din încălzitor, este transmisă la frigider. Pentru un singur ciclu, corpul de lucru primește căldura de 6,3 j de la încălzire. Găsiți munca și eficiența ciclului.

Decizie

Eficiența mașinii de căldură perfectă:

Cu conditie:

Calculați prima lucrare și apoi eficiența:

Răspuns: douăzeci%; 1.26 J.

Sarcina pentru calcularea eficienței motorului de căldură №4

Condiție

Diagrama prezintă un ciclu motor diesel constând din Adiabat 1-2 și 3-4, ISOBARA 2-3 și ISOOHRA 4-1. Temperaturile gazului la punctele 1, 2, 3, 4 sunt T1, T2, T3, T4, respectiv. Găsiți ciclul CCD.

Decizie

Să analizăm ciclul, iar eficiența va fi calculată prin cantitatea subordonată și alocată de căldură. Pe adiaturi, căldura nu este furnizată și nu este alocată. Pe izobara 2 - 3 căldură este furnizată, volumul crește și, în consecință, temperatura crește. Pe izoore, se administrează 4 - 1 căldură, iar presiunea și temperatura se încadrează.

În mod similar:

Obținem rezultatul:

Răspuns: Vezi deasupra.

Provocarea pentru calcularea eficienței motorului de căldură nr. 5

Condiție

Masina termică care operează pe ciclul carboic face posibilă un ciclu A \u003d 2,94 kJ și dă răcitorului pentru un ciclu cantitatea de căldură Q2 \u003d 13,4 kJ. Găsiți ciclul CCD.

Decizie

Scream o formulă pentru eficiență:

Răspuns: 18%

Întrebări pe tema motoarelor termice

Intrebarea 1. Ce este un motor de căldură?

Răspuns. Motorul de căldură este o mașină care face munca datorită energiei care vine în procesul de transfer de căldură. Principalele părți ale motorului termic: încălzitor, frigider și corp de lucru.

Intrebarea 2. Dați exemple de motoare termice.

Răspuns. Primele motoare termice care au primit pe scară largă au fost mașini cu aburi. Exemple de motor modern de căldură pot servi:

• motor cu rachete;
• motorul aeronavei;
• turbina de gaz.

Întrebarea 3. Poate eficiența motorului să fie egală cu una?

Răspuns. Nu. Eficiența este întotdeauna mai mică decât una (sau mai mică de 100%). Existența unui motor cu o eficiență este egală cu una contrară primului început al termodinamicii.

Eficiența motoarelor reale depășește rar 30%.

Întrebarea 4. Ce este KPD?

Răspuns. Eficiența (eficiența) - raportul dintre activitatea pe care motorul o îndeplinește la cantitatea de căldură obținută din încălzitor.

Întrebarea 5. Care este arderea specifică a combustibilului?

Răspuns. Combustie specifică a căldurii q. - valoarea fizică care arată cât de multă căldură este eliberată atunci când arderea combustibilului cântărind 1 kg. La rezolvarea sarcinilor eficienței, este posibil să se determine puterea motorului N și cantitatea de combustibil incinerat pe unitate de timp.

Sarcini și întrebări despre Ciclul Carno

Prin afectarea temei motoarelor termice, este imposibil să părăsiți ciclul Carno deoparte - poate cel mai faimos ciclu al mașinii de căldură din fizică. Dăm în plus mai multe sarcini și întrebări la ciclul Carno cu soluția.

Ciclul (sau procesul) lui Carro este ciclul circular perfect constând din două Adiabat și două izoterme. Numit astfel în onoarea inginerului francez Sadi Carno, care a descris acest ciclu în lucrarea sa științifică "pe forța motrice a focului și despre mașinile care pot dezvolta această putere" (1894).

Sarcina pe Ciclul Carno №1

Condiție

Mașina termică ideală care operează pe ciclul carboic face posibilă un ciclu A \u003d 73,5 kJ. Temperatura de încălzire T1 \u003d 100 ° С, temperatura frigiderului T2 \u003d 0 ° C. Găsiți eficiența ciclului, cantitatea de căldură obținută de către mașină pentru un ciclu din încălzitor și cantitatea de căldură eliberată pentru un ciclu de ciclu de frigiderul.

Decizie

Calculați CPD-ul ciclului:

Pe de altă parte, pentru a găsi cantitatea de căldură obținută de aparat, folosim raportul:

Cantitatea de căldură, dată la frigider, va fi egală cu diferența de căldură totală și de lucru utilă:

Răspuns: 0,36; 204,1 kJ; 130,6 kJ.

Sarcina ciclului Carno №2

Condiție

Mașina termică ideală care operează în ciclul Carno face posibilă un ciclu A \u003d 2,94 kJ și dă cantitatea de calitatea căldurii Q2 \u003d 13,4 kJ pentru un singur ciclu. Găsiți ciclul CCD.

Decizie

Formula pentru ciclul de eficiență Carno:

Aici a - lucrare perfectă, iar Q1 este cantitatea de căldură care avea nevoie pentru ao face. Cantitatea de căldură pe care o conferă mașina perfectă, egală cu diferența dintre aceste două valori. Știind-o, găsim:

Răspuns: 17%.

Sarcina pe Ciclul Carno №3

Condiție

Imagine Carno Ciclu pe diagramă și descrie-l

Decizie

Ciclul Carno pe diagrama PV este după cum urmează:

• 1-2. Extensia izotermică, corpul de lucru primește din încălzitor cantitatea de căldură Q1;
• 2-3. Expansiunea adiabatică, căldura nu este furnizată;
• 3-4. Comprimarea izotermică, în timpul căreia căldura este transferată la frigider;
• 4-1. Compresie adiabatică.

Răspuns: Vezi deasupra.

Întrebare pe Ciclul Carno №1

Cuvânt prima teoremă Carno

Răspuns. Primele teoreme din Carno: Eficiența mașinii de căldură care funcționează pe ciclul Carno depinde numai de temperaturile încălzitorului și de frigider, dar nu depinde de dispozitivul mașinii, nici de tipul sau proprietățile fluidului său de lucru.

Întrebare privind ciclul Carno №2

Poate eficiența într-un ciclu de carno să fie 100%?

Răspuns. Nu. Eficiența ciclului Carno va fi de 100% numai dacă temperatura frigiderului este egală cu zero absolută și acest lucru nu este posibil.

Dacă aveți întrebări despre tema motoarelor termice și a ciclului Carno, le puteți întreba în siguranță în comentarii. Și dacă aveți nevoie de ajutor în rezolvarea sarcinilor sau a altor exemple și sarcini, contactați

Eficiența motorului termic. Conform legii conservării energiei, operația efectuată de motor este egală cu:

unde - Căldura obținută din încălzitor este căldură, dată la frigider.

Eficiența motorului termic se numește raportul dintre funcționarea motorului efectuată, la cantitatea de căldură obținută din încălzitor:

Deoarece toate motoarele au o anumită cantitate de căldură transferată la frigider, atunci în toate cazurile

Valoarea maximă a eficienței motoarelor termice. Inginerul francez și savantul Karo (1796 1832) în lucrarea "Reflecții asupra forței motrice a focului" (1824) au pus un scop: pentru a afla totuși, funcționarea motorului termic va fi cea mai eficientă, adică în ce condiții Motorul va avea o eficiență maximă.

Carno a venit cu mașina termală perfectă cu gazul perfect ca un corp de lucru. A calculat eficiența acestei mașini care funcționează cu un încălzitor de temperatură și la frigider de temperatură

Valoarea principală a acestei formule este modul în care Carno a demonstrat, bazându-se pe a doua lege a termodinamicii, care, orice purtător de căldură real, care lucrează cu un încălzitor de temperatură și un frigider de temperatură nu poate avea un coeficient de eficiență care depășește eficiența mașinii de căldură perfectă.

Formula (4.18) oferă limita teoretică pentru valoarea maximă a eficienței motoarelor termice. Acesta arată că motorul termic este mai eficient decât cel mai mare temperatura încălzitorului și sub temperatura frigiderului. Numai la o temperatură de frigider egală cu zero absolută,

Dar temperatura frigiderului aproape nu poate fi mult mai mică decât temperatura ambiantă. Puteți crește temperatura încălzitorului. Cu toate acestea, orice material (solid) are rezistență la căldură limitată sau rezistență la căldură. Când este încălzit, își pierde treptat proprietățile elastice și la o temperatură suficient de ridicată.

Acum, principalele eforturi ale inginerilor vizează creșterea eficienței motoarelor prin reducerea frecării părților lor, pierderile de combustibil datorită arderii sale incomplete etc. Oportunitățile reale de creștere a eficienței aici sunt încă mari. Deci, pentru turbina cu abur, temperaturile inițiale și finale ale perechii sunt aproximativ după cum urmează: La aceste temperaturi, eficiența maximă a eficienței este:

Valoarea reală a eficienței datorate diferitelor tipuri de pierderi de energie este:

Creșterea eficienței motoarelor termice, abordarea acesteia la maximul posibil - cea mai importantă sarcină tehnică.

Motoare termice și protecția naturii. Utilizarea pe scară largă a motoarelor termice pentru a obține energie convenabilă pentru utilizarea energiei în cea mai mare măsură în comparație cu

toate celelalte tipuri de procese de producție sunt asociate cu impactul asupra mediului.

Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, producția de energie electrică și mecanică, în principiu, nu poate fi efectuată fără a fi îndepărtată în mediul de cantități semnificative de căldură. Acest lucru nu poate duce decât la o creștere treptată a temperaturii medii de pe Pământ. Acum, consumul de energie este de aproximativ 1010 kW. Când această putere atinge că temperatura medie va crește mod semnificativ (aproximativ un grad). Creșterea în continuare a temperaturii poate crea o amenințare la adresa topirii ghețarilor și o creștere catastrofică a nivelului oceanului lumii.

Dar acestea sunt departe de a fi epuizate de consecințele negative ale utilizării motoarelor termice. Puneri de centrale termice, motoare cu combustie internă de autoturisme etc. În mod continuu aruncate în atmosferă, plante dăunătoare, animale și substanțe umane: compuși de sulf (atunci când arderea cărbunelui), oxizi de azot, hidrocarburi, oxid de carbon (CO) etc. În acest sens, sunt reprezentate mașini, numărul care crește amenință, iar curățarea gazelor reziduale este dificilă. La centralele nucleare există o problemă a îngropării deșeurilor radioactive periculoase.

În plus, utilizarea turbinelor cu abur pe centralele electrice necesită zone mari sub iazuri pentru a răci aburul uzat, cu o creștere a capacității de energie electrică crește brusc nevoia de apă. În 1980, în țara noastră, în aceste scopuri, a fost necesară aproape de apă, adică aproximativ 35% din alimentarea cu apă a tuturor ramurilor economiei.

Toate acestea pun o serie de probleme grave cu societatea. Împreună cu cea mai importantă sarcină de îmbunătățire a eficienței motoarelor termice, sunt necesare un număr de măsuri de protecție a mediului. Este necesar să se sporească eficacitatea structurilor care împiedică emisia de substanțe nocive în atmosferă; Pentru a obține o combustie mai completă a combustibilului în motoarele auto. Deja nu mai este permis să acționeze autoturisme cu un conținut ridicat de CO în gazele de eșapament. Posibilitatea de a crea vehicule electrice capabile să concureze cu obișnuite și posibilitatea utilizării combustibilului fără substanțe nocive în gazele reziduale, de exemplu, în motoarele care funcționează pe un amestec de hidrogen cu oxigen sunt descărcate.

Este recomandabil pentru salvarea zonei și a resurselor de apă pentru a construi complexe întregi de centrale electrice, în principal atomice, cu un ciclu închis de alimentare cu apă.

O altă direcție a efortului însoțitor este creșterea eficienței energetice, lupta pentru economiile sale.

Soluția problemelor enumerate mai sus este vitală pentru umanitate. Și aceste probleme cu succesul maxim pot

să fie rezolvată într-o societate socialistă cu dezvoltarea planificată a economiei din întreaga țară. Dar organizarea protecției mediului necesită eforturi pentru amploarea globului.

1. Ce procese sunt numite ireversibile? 2. Denumiți cele mai tipice procese ireversibile. 3. Dați exemple de procese ireversibile care nu sunt menționate în text. 4. Cuvântul a doua lege a termodinamicii. 5. Dacă curgerea râurilor inversează, ar încălca acest lucru legea conservării energiei? 6. Ce dispozitiv este numit motor termic? 7. Care este rolul încălzitorului, frigiderului și corpului de lucru al motorului termic? 8. De ce în motoarele termice nu pot fi folosite ca sursă de energie internă a oceanului? 9. Ce se numește eficiența motorului termic?

10. Care este valoarea maximă posibilă a eficienței motorului termic?

Thermal se numește activitatea de funcționare a motorului datorită sursei de energie termică.

Energie termală ( Q încălzitor) Din sursa este transmisă motorului, în timp ce motorul motorului primit este cheltuit pe performanță W., energia necheltivă ( Q frigider.) Pleacă la frigider, rolul căruia poate efectua, de exemplu, aerul ambiental. Motorul termic poate funcționa numai dacă temperatura frigiderului este mai mică decât temperatura încălzitorului.

Eficiența (eficiența) motorului termic poate fi calculată prin formula: Eficiență \u003d w / q ng.

Eficiența \u003d 1 (100%) în cazul în care toate energia termică se transformă în funcționare. KPD \u003d 0 (0%) dacă nu se mai enervă energie termică.

Eficiența motorului de căldură reală se află între 0 și 1, cu atât este mai mare eficiența, cu atât este mai eficient motorul.

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

Având în vedere al treilea principiu al termodinamicii, pe care îl prevede că nu se poate realiza temperatura zeroului absolut (t \u003d 0К), se poate spune că este imposibil să se dezvolte un motor de căldură cu eficiență \u003d 1, deoarece întotdeauna t X\u003e 0.

Eficiența motorului termic va fi cu atât mai mare este mai mare temperatura încălzitorului și sub temperatura frigiderului.

Fizica, gradul 10

Lecția 25. Motoare termice. Eficiența motoarelor termice

Lista de întrebări considerate în lecție:

1) conceptul motorului termic;

2) dispozitivul și principiul funcționării motorului termic;

3) eficiența motorului termic;

4) Ciclul Carno.

Glosar pe subiect

Motor termic -un dispozitiv în care energia internă a combustibilului se transformă în mecanică.

Eficiență (eficiența) este raportul dintre lucrările utile efectuate de acest motor, la cantitatea de căldură obținută din încălzitor.

Motor cu combustie interna - Motorul în care combustibilul se combină direct în camera de operare a motorului (interior).

Motor turboreactor - motor care creează puterea de a împinge prin transformarea energiei interne a combustibilului în energia cinetică a jetului reactiv al fluidului de lucru.

Ciclu Carno. - Acesta este procesul circular perfect constând din două procese izoterme adiabatice și două izoterme.

Încălzitor - Dispozitivul din care fluidul de lucru primește energie, parte din care merge la muncă.

Frigider - Absorbția corpului Parte a energiei fluidului de lucru (mediul sau dispozitivele speciale de răcire și condensarea aburului uzat, adică condensatoare).

Corpul de lucru - Corpul care se extinde, face un loc de muncă (ele sunt gaz sau abur)

Literatura principală și suplimentară cu privire la subiectul lecției:

1. Myakyshev G.ya., Bukhovtsev B.B., Sotsky N.N. Fizică.10 clasa. Tutorial pentru organizațiile generale de învățământ M.: Educație, 2017. - P. 269 - 273.

2. Rymkevich A.P. Colectarea sarcinilor în fizică. Clasa 10-11. -M.: DROP, 2014. - P. 87 - 88.

Deschiderea resurselor electronice pe subiectul lecției

Material teoretic pentru auto-studiu

Poveștile și miturile diferitelor națiuni mărturisesc că oamenii au visat mereu să se mute repede de la un loc la altul sau să efectueze rapid o lucrare. Pentru a atinge acest obiectiv, dispozitive necesare care ar putea funcționa sau se mișcă în spațiu. Vizionarea lumii din întreaga lume, inventatorii au ajuns la concluzia că pentru a facilita munca și mișcarea rapidă, este necesar să se utilizeze energia altor organisme, de exemplu, apă, vânt etc. Este posibilă utilizarea energiei interne a pulberii sau a altui tip de combustibil în scopurile sale? Dacă luăm un tub de testare, deal apă, închideți-l cu un ștecher și să fie încălzit. Când este încălzit, apa va fierbe, iar perechile de apă au turnat ștecherul. Extinderea cuplului face munca. În acest exemplu, vedem că energia internă a combustibilului a devenit energia mecanică a unui tub în mișcare. Când înlocuiți pluta cu pistonul capabil să se deplaseze în interiorul tubului, iar tubul în sine este un cilindru, atunci vom obține cel mai simplu motor termic.

Motor termic -motorul termic se numește un dispozitiv în care energia internă a combustibilului se transformă în mecanică.

Amintiți-vă structura celui mai simplu motor de combustie internă. Motorul de combustie internă constă dintr-un cilindru, în interiorul căruia se mișcă pistonul. Pistonul cu o tijă de legătură este conectat la arborele cotit. În partea de sus a fiecărui cilindru există două supape. Una dintre supape este numită aport, iar cealaltă este absolvire. Pentru a asigura netezimea accidentului pistonului pe arborele cotit, a fost întărit un volant greu.

Ciclul de funcționare al motorului este alcătuit din patru ceasuri: intrare, comprimare, mișcare de lucru, eliberare.

În prima dată se deschide supapa de admisie și supapa de evacuare rămâne închisă. Deplasarea pistonului în jos în amestecul combustibil al cilindrului.

În al doilea tact, ambele supape sunt închise. Mutarea în sus a pistonului comprimă amestecul de combustibil, care este încălzit atunci când este comprimat.

În al treilea tact, atunci când pistonul se dovedește a fi în poziția superioară, amestecul este montat pe lumânări electrice. Amestecul inflamabil formează gaze fierbinți, a cărei presiune este de 3 -6 MPa, iar temperatura ajunge la 1600-2200 de grade. Forța de presiune împinge pistonul în jos, mișcarea cărora este transmisă arborelui cotit cu volantul. După ce a primit o împingere puternică, volantul va continua să se rotească pe inerție, asigurând mișcarea pistonului și în timpul ăștia ulterioare. În timpul acestui tact, ambele supape rămân închise.

În al patrulea tact, se deschide o supapă de evacuare, iar gazele de eșapament de către pistonul în mișcare sunt împinse prin amortizor (care nu sunt prezentate în figură) în atmosferă.

Orice motor termic include trei elemente principale: încălzitor, fluid de lucru, frigider.

Pentru a determina eficiența motorului termic, este introdus conceptul de eficiență.

Raportul dintre actele utile se numește raportul dintre lucrările utile efectuate de acest motor, la cantitatea de căldură obținută din încălzitor.

Q 1 - cantitatea de căldură obținută din încălzire

Q 2 - cantitatea de căldură, dată la frigider

- Lucrul efectuat de motor pe ciclu.

Această eficiență este reală, adică. Doar această formulă și sunt folosite pentru a caracteriza motoarele termice reale.

Cunoașterea puterii N și a timpului de funcționare a activității motorului efectuate de ciclu pot fi găsite prin formula

Transferul energiei neutilizate la frigider.

În secolul al XIX-lea, ca urmare a lucrărilor privind ingineria termică, inginerul francez SADI KARO a propus o altă metodă pentru determinarea eficienței (prin temperatura termodinamică).

Valoarea principală a acestei formule este că orice mașină de căldură reală care funcționează cu un încălzitor având o temperatură de T1 și un frigider cu o temperatură T2 nu poate avea o eficiență care depășește eficiența mașinii de încălzire perfectă. Sadi Carno, aflând cu ceea ce un proces închis motorul termic va avea eficiența maximă, propusă pentru a utiliza un ciclu compus din 2 ADIABATTE și două procese izoterme

Ciclul Carno este cel mai eficient ciclu având o eficiență maximă.

Nu există motor termic, care are o eficiență \u003d 100% sau 1.

Formula oferă limita teoretică pentru valoarea maximă a eficienței motoarelor termice. Acesta arată că motorul termic este mai eficient decât cel mai mare temperatura încălzitorului și sub temperatura frigiderului. Doar la o temperatură de frigider egală cu zero absolut, η \u003d 1.

Dar temperatura frigiderului aproape nu poate fi sub temperatura ambiantă. Puteți crește temperatura încălzitorului. Cu toate acestea, orice material (solid) are rezistență la căldură limitată sau rezistență la căldură. Când este încălzit, își pierde treptat proprietățile elastice și la o temperatură suficient de ridicată.

Acum, principalele eforturi ale inginerilor vizează creșterea eficienței motoarelor prin reducerea frecării părților lor, pierderile de combustibil datorită arderii sale incomplete etc. Oportunitățile reale de creștere a eficienței aici sunt încă mari.

Creșterea eficienței motoarelor termice și abordarea acesteia la maximul posibil - cea mai importantă sarcină tehnică.

Motoarele de căldură - Turbinele cu abur, setate, de asemenea, pe toate centralele nucleare pentru a produce abur de temperatură ridicată. În toate tipurile majore de transport modern, motoarele termice sunt utilizate în principal: pe motoarele cu combustie internă pentru automobile - piston; pe apă - motoare cu combustie internă și turbine cu abur; pe locomotive cu diesel cu instalații diesel; În aviație - motoare cu piston, turboctant și jet.

Comparați caracteristicile operaționale ale motoarelor termice.

Motor cu aburi - 8%.

Turbină cu abur - 40%.

Turbină cu gaz - 25-30%.

Motorul de combustie internă - 18-24%.

Motor diesel - 40-4%.

Jet motor - 25%.

Utilizarea pe scară largă a motoarelor termice nu trece fără o urmă pentru mediul înconjurător: scade treptat cantitatea de oxigen și mărește cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă, aerul este contaminat cu compuși chimici nocivi pentru sănătatea umană. Există o amenințare la adresa schimbărilor climatice. Prin urmare, găsirea modalităților de reducere a poluării mediului este una dintre cele mai presante probleme științifice și tehnice.

Exemple și analiza soluțiilor de sarcini

1 . Ce fel de putere medie dezvoltă motorul mașinii, dacă la o viteză de 180 km / h consum de benzină este de 15 litri la 100 km de mod, iar eficiența motorului este de 25%?