كفاءة المحرك الحراري. كفاءة المحرك الحراري هو صيغة تعريف. المحرك الحراري. القانون الثاني لصيغة الديناميكا الحرارية لتحديد كفاءة المحرك الحراري

???
1. ما يسمى الجهاز المحرك الحراري؟
2. ما هو دور السخان والثلاجة والسوائل العامل في المحرك الحراري؟
3. ما يسمى كفاءة المحرك؟
4. ما هي أقصى قيمة كفاءة المحرك الحراري؟

g. y. mikishev، b.b. bukhovtsev، n.n.sotsky، الفيزياء 10

إذا كان لديك تصحيحات أو اقتراحات لهذا الدرس،

محرك الحرارة (الجهاز) هو جهاز يحول الطاقة الداخلية للوقود إلى العمل الميكانيكي، وتبادل التدفئة مع الهيئات المحيطة. تم تصميم معظم محركات السيارات الحديثة والطائرات والسفينة والصواريخ على مبادئ المحرك الحراري. يرصد العمل بسبب التغييرات في حجم مادة العمل، وتستخدم قيمة كفاءة أي نوع من أنواع المحرك، والتي تسمى الكفاءة (الكفاءة).

كيف يتم المحرك الحراري

من وجهة نظر الديناميكا الحرارية (قسم الفيزياء، التي تدرس أنماط التحولات المتبادلة للطاقات الداخلية والميكانيكية ونقل الطاقة من جسم إلى آخر)، يتكون أي محرك حراري من سخان وثلاجة وسوائل عمل.

تين. 1. المخطط الهيكلية للمحرك الحراري :.

أول ذكر للآلة الحرارية النموذجية ينتمي إلى توربينات البخار، التي اخترعت في روما القديمة (II Century BC). صحيح أن الاختراع لم يستخدم بعد بسبب عدم وجود العديد من الأجزاء المساعدة في ذلك الوقت. على سبيل المثال، لم يتم اختراع هذا العنصر الرئيسي بعد تشغيل أي آلية كحامل.

يبدو أن خطة العمل الشاملة لأي آلة حرارية مثل هذا:

• يحتوي المدفأة على درجة حرارة T 1 عالية بما يكفي لنقل كمية كبيرة من الحرارة Q 1. في معظم آلات الحرارة، يتم الحصول على التدفئة أثناء احتراق خليط الوقود (وقود الأكسجين)؛
• يستغرق مضان العمل (أزواج أو غاز) من المحرك عمل مفيد. لكن،على سبيل المثال، حرك المكبس أو تدوير التوربينات؛
• يمتص الثلاجة جزءا من الطاقة من سائل العمل. درجة حرارة الثلاجة T 2< Т 1 . То есть, на совершение работы идет только часть теплоты Q 1 .

يجب أن تعمل آلة الحرارة (المحرك) بشكل مستمر، لذلك يجب أن يعود سائل العمل إلى الحالة الأولية حتى تصبح درجة حرارتها تساوي T 1. بالنسبة لاستمرارية العملية، يجب أن تحدث تشغيل الجهاز بشكل دائم، متكرر بشكل دوري. لإنشاء آلية دورية - إرجاع سائل العمل (الغاز) إلى حالته الأصلية - هناك حاجة إلى الثلاجة لتبريد الغاز أثناء عملية الضغط. يمكن أن تكون الثلاجة بمثابة جو (لمحركات الاحتراق الداخلي) أو الماء البارد (لتوربينات البخار).

ما يساوي كفاءة المحرك الحراري

لتحديد فعالية المحركات الحرارية، ميكانيكي المهندس الفرنسي سادي كارنو في عام 1824. قدم مفهوم كفاءة المحرك الحراري. يتم استخدام الحرف اليوناني η لتعيين الكفاءة. يتم احتساب قيمة η باستخدام صيغة كفاءة المحرك الحراري:

$$ η \u003d (a \\ over q1) $$

منذ $ A \u003d Q1 - Q2 $، إذن

$ η \u003d (1 - Q2 \\ Over Q1) $

نظرا لأن جميع محركات جزء من الحرارة تعطى للثلاجة، فهي دائما< 1 (меньше 100 процентов).

أقصى كفاءة ممكنة للمحرك الحراري المثالي

كسيارة حرارة مثالية، قدمت سادي كارنو سيارة مع غاز مثالي كوسائل عمل. يعمل نموذج كارنيف المثالي على دورة (دورة كارنو)، تتكون من اثنين من المتساويين واثنين من adiabat.

تين. 2. دورة كارنو :.

اعد الاتصال:

• عملية ثابت الحرارة - إنها عملية ديناميكية حرارية تحدث دون تبادل حراري بالبيئة (Q \u003d 0);
• عملية متساوية - هذه عملية ديناميكية حرارية تحدث في درجة حرارة ثابتة. نظرا لأن الطاقة الداخلية للغاز المثالية تعتمد فقط على درجة الحرارة، فإن كمية غاز حرارة تنتقل س: هو تماما على أداء A (Q \u003d A) .

أثبت Sadi Carno أن الحد الأقصى للكفاءة المحتملة، والذي يمكن تحقيقه بواسطة محرك حراري مثالي يتم تحديده باستخدام الصيغة التالية:

$$ ηmax \u003d 1- (t2 \\ over t1) $$

يسمح لك Formula Carno بحساب أقصى قدر ممكن من الكفاءة المحتملة للمحرك الحراري. كلما زاد الفرق بين درجات حرارة السخان والثلاجة، كلما زادت الكفاءة.

ما هي الكفاءة الحقيقية لأنواع مختلفة من المحركات

من الأمثلة المذكورة أعلاه، يمكن ملاحظة أن أكبر كفاءة الكفاءة (40-50٪) هي محركات الاحتراق الداخلي (في إصدار ديزل) ومحركات جت على الوقود السائل.

تين. 3. كفاءة المحركات الحرارية الحقيقية :.

ماذا نعلم؟

لذلك، تعلمنا ما هي كفاءة المحرك. حجم كفاءة أي محرك حراري هو دائما أقل من 100 في المئة. أكبر الفرق في درجة الحرارة في سخان T 1 والثلاجة T 2، كلما زادت الكفاءة.

اختبار حول هذا الموضوع

التقرير التقييم

متوسط \u200b\u200bتقييم: 4.2. إجمالي التصنيفات التي تم الحصول عليها: 293.

العمل الذي يؤديه المحرك هو:

لأول مرة، تم النظر في هذه العملية من قبل المهندسين الفرنسي والعلماء N. L. Karno في عام 1824 في كتاب "تأملات حول القوة الدافعة للنار وحول السيارات التي يمكنها تطوير هذه القوة".

كان هدف البحث في كارنو هو معرفة أسباب عدم وجود المركبات الحرارية في ذلك الوقت (كان لديهم كفاءة 5٪) والبحث عن مسارات تحسينها.

دورة كارنو هي الأكثر فعالية كلها ممكنة. كفاءته هو الحد الأقصى.

يوضح الشكل دورات العملية الديناميكية الحرارية. في عملية التوسع المتساوي الحرارة (1-2) في درجات حرارة T. 1 ، يتم تنفيذ العمل بسبب تغيير الطاقة الداخلية للسخان، أي، بسبب درجة كمية الحرارة س::

أ. 12 = س: 1 ,

غاز التبريد أمام الضغط (3-4) يحدث عندما التوسع adiabatic (2-3). التغيير في الطاقة الداخلية u. 23 مع عملية adiabatic ( س \u003d 0.) تحويلها بالكامل إلى العمل الميكانيكي:

أ. 23 \u003d -δu. 23 ,

درجة حرارة الغاز نتيجة لطفح الزرقاء adiabatic (2-3) تنخفض إلى درجة حرارة الثلاجة T. 2 < T. 1 وبعد في العملية (3-4)، مضغوط الغاز غير مرفق، بعد نقل كمية الحرارة إلى الثلاجة س 2.:

34 \u003d س 2,

تكتمل الدورة مع عملية ضغط adiabatic (4-1)، حيث تسخين الغاز حتى درجة الحرارة T 1..

الحد الأقصى لقيمة كفاءة المحركات الحرارية العاملة في الغاز المثالي، على طول دورة كارنو:

.

يتم التعبير عن جوهر الصيغة في ثبت من عندوبعد نظرية كارنو أن كفاءة أي محرك حراري قد لا يتجاوز كفاءة دورة كارنو التي أجريت في نفس درجة حرارة المدفأة والثلاجة.

كفاءة المحرك الحراري. وفقا لقانون الحفاظ على الطاقة، فإن العملية التي يؤديها المحرك تساوي:

أين - الحرارة التي تم الحصول عليها من المدفأة هي حرارة، معينة للثلاجة.

يطلق على كفاءة المحرك الحراري نسبة تشغيل المحرك التي أجريتها، إلى كمية الحرارة التي تم الحصول عليها من المدفأة:

نظرا لأن جميع المحركات لديها كمية معينة من الحرارة المنقولة إلى الثلاجة، ثم في جميع الحالات

أقصى قيمة كفاءة المحركات الحرارية. المهندس الفرنسي والباحث كارو (1796 1832) في عمل "تأملات حول القوة الدافعة للنار" (1824) ضع هدفا: ومع ذلك، فإن تشغيل محرك الحرارة سيكون الأكثر فعالية، أي تحت أي ظروف سيكون للمحرك أقصى كفاءة.

جاء كارنو مع الجهاز الحراري المثالي مع الغاز المثالي كهيئة عمل. حسب كفاءة هذه السيارة تعمل مع سخان درجات الحرارة وثلاجة درجة الحرارة

القيمة الرئيسية لهذه الصيغة هي كيف أثبتت كارنو، بالاعتماد على القانون الثاني من الديناميكا الحرارية، والتي، أي حاملة حرارة حقيقية، تعمل مع سخان درجات الحرارة وثلاجة درجة الحرارة لا يمكن أن يكون لها معامل كفاءة يتجاوز كفاءة آلة الحرارة المثالية.

يعطي Formula (4.18) الحد النظري لقيمة أقصى قيمة كفاءة المحركات الحرارية. هذا يدل على أن المحرك الحراري هو أكثر فعالية من أعلى درجة حرارة السخان وتحت درجة حرارة الثلاجة. فقط في درجة حرارة الثلاجة تساوي الصفر المطلق،

لكن درجة حرارة الثلاجة لا يمكن أن تكون أقل بكثير من درجة الحرارة المحيطة. يمكنك زيادة درجة حرارة السخان. ومع ذلك، فإن أي مادة (صلبة) لديها مقاومة حرارة محدودة، أو مقاومة الحرارة. عند تسخينها، يفقد تدريجيا خصائصها المرنة، وفي درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية يذوب.

الآن تهدف الجهود الرئيسية للمهندسين إلى زيادة كفاءة المحركات عن طريق تقليل احتكاك أجزائها وخسائر الوقود بسبب احتراقها غير المكتملة، إلخ. الفرص الحقيقية لزيادة الكفاءة هنا لا تزال كبيرة. لذلك، بالنسبة للتوربينات البخارية، فإن درجات الحرارة الأولية والنهائية للزوج هي تقريبا كما يلي: في هذه الدرجات، فإن أقصى كفاءة الكفاءة هي:

القيمة الفعلية للكفاءة بسبب أنواع مختلفة من فقدان الطاقة هي:

زيادة كفاءة المحركات الحرارية، تقترب من الحد الأقصى ممكن - المهمة الفنية الأكثر أهمية.

المحركات الحرارية وحماية الطبيعة. الاستخدام الواسع للمحركات الحرارية من أجل الحصول على الطاقة مريحة لاستخدام الطاقة إلى أقصى حد مقارنة ب

ترتبط جميع الأنواع الأخرى من عمليات الإنتاج بالتأثير البيئي.

وفقا للقانون الثاني من الديناميكا الحرارية، لا يمكن تنفيذ إنتاج الطاقة الكهربائية والميكانيكية من حيث المبدأ دون إزالته في بيئة كميات كبيرة من الحرارة. هذا لا يمكن إلا أن يؤدي إلى زيادة تدريجية في متوسط \u200b\u200bدرجة الحرارة على الأرض. الآن استهلاك الطاقة حوالي 1010 كيلوواط. عندما تصل هذه الطاقة إلى أن متوسط \u200b\u200bدرجة الحرارة ستزيد بطريقة ملحوظة (حوالي درجة واحدة). يمكن أن تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تهديدا لذوبان الأنهار الجليدية وزيادة كارثية في مستوى المحيط العالمي.

ولكن هذه بعيدة كل البعد عن استنفادها من خلال العواقب السلبية لاستخدام المحركات الحرارية. تم تجنيبات \u200b\u200bمحطات الطاقة الحرارية، محركات الاحتراق الداخلي للسيارات، إلخ. تجاهل باستمرار إلى الجو والنباتات الضارة والحيوانات والمواد البشرية: مركبات الكبريت (عند الاحتراق من الفحم)، أكاسيد النيتروجين، الهيدروكربونات، أكسيد الكربون (CO)، إلخ. في هذا الصدد، يتم تمثيل السيارات، والتي ينمو عددها يهدد، وتنظيف الغازات النفايات أمر صعب. في محطات الطاقة النووية هناك مشكلة في دفن النفايات المشعة الخطرة.

بالإضافة إلى ذلك، يتطلب استخدام توربينات البخار على محطات توليد الطاقة مناطق كبيرة تحت الأحواض لتبريد البخار المستهلك بزيادة قدرة محطة توليد الطاقة بشكل حاد في حاجة المياه. في عام 1980، في بلدنا، لهذه الأغراض، كانت هناك حاجة بالقرب من المياه، أي حوالي 35٪ من إمدادات المياه لجميع فروع الاقتصاد.

كل هذا يضع عددا من المشاكل الخطيرة في المجتمع. إلى جانب مهمة أكثر أهمية لتحسين كفاءة المحركات الحرارية، يلزم وجود عدد من تدابير حماية البيئة. من الضروري زيادة فعالية الهياكل التي تعرقل انبعاث المواد الضارة في الغلاف الجوي؛ لتحقيق احتراق أكثر اكتمالا من الوقود في محركات السيارات. لم يعد يسمح بالفعل بتشغيل السيارات بمحتوى عال من شركة غازات العادم. إن إمكانية إنشاء مركبات كهربائية قادرة على التنافس مع عادي، وإمكانية استخدام الوقود دون مواد ضارة في غازات النفايات، على سبيل المثال، في محركات تعمل على خليط الهيدروجين مع الأكسجين يتم تفريغها.

ينصح بإنقاذ المجال والموارد المائية لبناء مجمعات بأكملها من محطات توليد الطاقة، في المقام الأول الذرية، مع دورة إمدادات مياه مغلقة.

هناك اتجاه آخر للجهد المصاحب هو زيادة كفاءة استخدام الطاقة، والنضال من أجل مدخراته.

حل المشاكل المذكورة أعلاه أمر حيوي للإنسانية. وهذه المشاكل مع أقصى نجاح يمكن

سيتم حلها في مجتمع اشتراكي مع التنمية المخططة للاقتصاد في جميع أنحاء البلاد. لكن تنظيم حماية البيئة تتطلب الجهود لحجم العالم.

1. ما هي العمليات التي تسمى لا رجعة فيها؟ 2. اسم العمليات الأكثر لا رجعة فيها. 3. أعط أمثلة على العمليات التي لا رجعة فيها غير مذكورة في النص. 4. كلمة القانون الثاني من الديناميكا الحرارية. 5. إذا عكس تدفق الأنهار، هل ينتهك هذا قانون الحفاظ على الطاقة؟ 6. ما يسمى الجهاز محرك حراري؟ 7. ما هو دور المدخان والثلاجة والجسم العام للمحرك الحراري؟ 8. لماذا في المحركات الحرارية لا يمكن استخدامها كمصدر للطاقة الداخلية للمحيط؟ 9. ما يسمى كفاءة المحرك الحراري؟

10. ما هي القيمة القصوى الممكنة لكفاءة المحرك الحراري؟

كفاءة المحرك الحراري. وفقا لقانون الحفاظ على الطاقة، فإن العملية التي يؤديها المحرك تساوي:

أين - الحرارة التي تم الحصول عليها من المدفأة هي حرارة، معينة للثلاجة.

يطلق على كفاءة المحرك الحراري نسبة تشغيل المحرك التي أجريتها، إلى كمية الحرارة التي تم الحصول عليها من المدفأة:

نظرا لأن جميع المحركات لديها كمية معينة من الحرارة المنقولة إلى الثلاجة، ثم في جميع الحالات

أقصى قيمة كفاءة المحركات الحرارية. المهندس الفرنسي والباحث كارو (1796 1832) في عمل "تأملات حول القوة الدافعة للنار" (1824) ضع هدفا: ومع ذلك، فإن تشغيل محرك الحرارة سيكون الأكثر فعالية، أي تحت أي ظروف سيكون للمحرك أقصى كفاءة.

جاء كارنو مع الجهاز الحراري المثالي مع الغاز المثالي كهيئة عمل. حسب كفاءة هذه السيارة تعمل مع سخان درجات الحرارة وثلاجة درجة الحرارة

القيمة الرئيسية لهذه الصيغة هي كيف أثبتت كارنو، بالاعتماد على القانون الثاني من الديناميكا الحرارية، والتي، أي حاملة حرارة حقيقية، تعمل مع سخان درجات الحرارة وثلاجة درجة الحرارة لا يمكن أن يكون لها معامل كفاءة يتجاوز كفاءة آلة الحرارة المثالية.

يعطي Formula (4.18) الحد النظري لقيمة أقصى قيمة كفاءة المحركات الحرارية. هذا يدل على أن المحرك الحراري هو أكثر فعالية من أعلى درجة حرارة السخان وتحت درجة حرارة الثلاجة. فقط في درجة حرارة الثلاجة تساوي الصفر المطلق،

لكن درجة حرارة الثلاجة لا يمكن أن تكون أقل بكثير من درجة الحرارة المحيطة. يمكنك زيادة درجة حرارة السخان. ومع ذلك، فإن أي مادة (صلبة) لديها مقاومة حرارة محدودة، أو مقاومة الحرارة. عند تسخينها، يفقد تدريجيا خصائصها المرنة، وفي درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية يذوب.

الآن تهدف الجهود الرئيسية للمهندسين إلى زيادة كفاءة المحركات عن طريق تقليل احتكاك أجزائها وخسائر الوقود بسبب احتراقها غير المكتملة، إلخ. الفرص الحقيقية لزيادة الكفاءة هنا لا تزال كبيرة. لذلك، بالنسبة للتوربينات البخارية، فإن درجات الحرارة الأولية والنهائية للزوج هي تقريبا كما يلي: في هذه الدرجات، فإن أقصى كفاءة الكفاءة هي:

القيمة الفعلية للكفاءة بسبب أنواع مختلفة من فقدان الطاقة هي:

زيادة كفاءة المحركات الحرارية، تقترب من الحد الأقصى ممكن - المهمة الفنية الأكثر أهمية.

المحركات الحرارية وحماية الطبيعة. الاستخدام الواسع للمحركات الحرارية من أجل الحصول على الطاقة مريحة لاستخدام الطاقة إلى أقصى حد مقارنة ب

ترتبط جميع الأنواع الأخرى من عمليات الإنتاج بالتأثير البيئي.

وفقا للقانون الثاني من الديناميكا الحرارية، لا يمكن تنفيذ إنتاج الطاقة الكهربائية والميكانيكية من حيث المبدأ دون إزالته في بيئة كميات كبيرة من الحرارة. هذا لا يمكن إلا أن يؤدي إلى زيادة تدريجية في متوسط \u200b\u200bدرجة الحرارة على الأرض. الآن استهلاك الطاقة حوالي 1010 كيلوواط. عندما تصل هذه الطاقة إلى أن متوسط \u200b\u200bدرجة الحرارة ستزيد بطريقة ملحوظة (حوالي درجة واحدة). يمكن أن تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تهديدا لذوبان الأنهار الجليدية وزيادة كارثية في مستوى المحيط العالمي.

ولكن هذه بعيدة كل البعد عن استنفادها من خلال العواقب السلبية لاستخدام المحركات الحرارية. تم تجنيبات \u200b\u200bمحطات الطاقة الحرارية، محركات الاحتراق الداخلي للسيارات، إلخ. تجاهل باستمرار إلى الجو والنباتات الضارة والحيوانات والمواد البشرية: مركبات الكبريت (عند الاحتراق من الفحم)، أكاسيد النيتروجين، الهيدروكربونات، أكسيد الكربون (CO)، إلخ. في هذا الصدد، يتم تمثيل السيارات، والتي ينمو عددها يهدد، وتنظيف الغازات النفايات أمر صعب. في محطات الطاقة النووية هناك مشكلة في دفن النفايات المشعة الخطرة.

بالإضافة إلى ذلك، يتطلب استخدام توربينات البخار على محطات توليد الطاقة مناطق كبيرة تحت الأحواض لتبريد البخار المستهلك بزيادة قدرة محطة توليد الطاقة بشكل حاد في حاجة المياه. في عام 1980، في بلدنا، لهذه الأغراض، كانت هناك حاجة بالقرب من المياه، أي حوالي 35٪ من إمدادات المياه لجميع فروع الاقتصاد.

كل هذا يضع عددا من المشاكل الخطيرة في المجتمع. إلى جانب مهمة أكثر أهمية لتحسين كفاءة المحركات الحرارية، يلزم وجود عدد من تدابير حماية البيئة. من الضروري زيادة فعالية الهياكل التي تعرقل انبعاث المواد الضارة في الغلاف الجوي؛ لتحقيق احتراق أكثر اكتمالا من الوقود في محركات السيارات. لم يعد يسمح بالفعل بتشغيل السيارات بمحتوى عال من شركة غازات العادم. إن إمكانية إنشاء مركبات كهربائية قادرة على التنافس مع عادي، وإمكانية استخدام الوقود دون مواد ضارة في غازات النفايات، على سبيل المثال، في محركات تعمل على خليط الهيدروجين مع الأكسجين يتم تفريغها.

ينصح بإنقاذ المجال والموارد المائية لبناء مجمعات بأكملها من محطات توليد الطاقة، في المقام الأول الذرية، مع دورة إمدادات مياه مغلقة.

هناك اتجاه آخر للجهد المصاحب هو زيادة كفاءة استخدام الطاقة، والنضال من أجل مدخراته.

حل المشاكل المذكورة أعلاه أمر حيوي للإنسانية. وهذه المشاكل مع أقصى نجاح يمكن

سيتم حلها في مجتمع اشتراكي مع التنمية المخططة للاقتصاد في جميع أنحاء البلاد. لكن تنظيم حماية البيئة تتطلب الجهود لحجم العالم.

1. ما هي العمليات التي تسمى لا رجعة فيها؟ 2. اسم العمليات الأكثر لا رجعة فيها. 3. أعط أمثلة على العمليات التي لا رجعة فيها غير مذكورة في النص. 4. كلمة القانون الثاني من الديناميكا الحرارية. 5. إذا عكس تدفق الأنهار، هل ينتهك هذا قانون الحفاظ على الطاقة؟ 6. ما يسمى الجهاز محرك حراري؟ 7. ما هو دور المدخان والثلاجة والجسم العام للمحرك الحراري؟ 8. لماذا في المحركات الحرارية لا يمكن استخدامها كمصدر للطاقة الداخلية للمحيط؟ 9. ما يسمى كفاءة المحرك الحراري؟

10. ما هي القيمة القصوى الممكنة لكفاءة المحرك الحراري؟