کارایی موتور حرارتی. کارایی موتور حرارتی یک فرمول تعریف است. موتور حرارتی قانون دوم فرمول ترمودینامیک برای تعیین کارایی موتور حرارتی

???
1. کدام دستگاه موتور حرارتی نامیده می شود؟
2. نقش بخاری، یخچال و فریزر و مایع کار در موتور حرارتی چیست؟
3. چه کارایی موتور نامیده می شود؟
4. حداکثر ارزش بهره وری موتور حرارتی چیست؟

G. Y. Mikishev، B.B. Bukhovtsev، N.N.Sotsky، فیزیک 10

اگر شما اصلاحات یا پیشنهادات برای این درس دارید،

موتور گرما (دستگاه) یک دستگاه است که انرژی داخلی سوخت را به کار مکانیکی تبدیل می کند و گرمایش را با اجسام اطراف مبادله می کند. اکثر موتورهای مدرن، هواپیما، کشتی، کشتی و موتورهای موشک بر روی اصول موتور حرارتی طراحی شده اند. این کار به علت تغییرات حجم مواد کار انجام می شود و ارزش کارایی هر نوع موتور مورد استفاده قرار می گیرد، که کارآیی (کارایی) نامیده می شود.

موتور گرما چگونه است

از نقطه نظر ترمودینامیک (بخش فیزیک، که الگوهای تحولات متقابل انرژی های داخلی و مکانیکی را مطالعه می کند و انتقال انرژی از یک بدن به دیگری)، هر موتور حرارتی شامل یک بخاری، یخچال و فریزر و مایع کاری است.

شکل. 1. طرح ساختاری موتور حرارتی:.

اولین اشاره به دستگاه حرارتی نمونه اولیه متعلق به توربین بخار است که در رم باستان (II Century BC) اختراع شد. درست است که اختراع هنوز به دلیل عدم وجود بسیاری از قطعات کمکی در آن زمان به طور گسترده ای مورد استفاده قرار نگرفته است. به عنوان مثال، هنوز یک عنصر کلیدی برای عملیات هر مکانیسم به عنوان تحمل اختراع نشده است.

طرح کلی کار هر دستگاه حرارتی به نظر می رسد:

• بخاری دارای درجه حرارت T 1 به اندازه کافی بالا برای انتقال مقدار زیادی از گرما Q 1. در اکثر ماشین های گرما، گرمایش در طول احتراق مخلوط سوخت (سوخت اکسیژن) به دست می آید؛
• فلورسانس کار (جفت یا گاز) موتور یک کار مفید را انجام می دهد. ولی،به عنوان مثال، پیستون را حرکت دهید یا توربین را بچرخانید؛
• یخچال و فریزر بخشی از انرژی را از مایع کار جذب می کند. دمای یخچال T 2< Т 1 . То есть, на совершение работы идет только часть теплоты Q 1 .

دستگاه گرما (موتور) باید به طور مداوم کار کند، بنابراین مایع کار باید به حالت اولیه بازگردد تا دمای آن برابر با T 1 باشد. برای تداوم فرایند، عملکرد دستگاه باید به صورت دوره ای رخ دهد، به صورت دوره ای تکرار شود. برای ایجاد یک مکانیسم چرخه ای - بازگشت مایع کار (گاز) به حالت اصلی خود - یخچال و فریزر برای خنک کردن گاز در طول فرایند فشرده سازی مورد نیاز است. یخچال و فریزر می تواند به عنوان یک فضای (برای موتورهای احتراق داخلی) یا آب سرد (برای توربین های بخار) خدمت کند.

چه چیزی برابر با کارایی موتور حرارتی است

برای تعیین اثربخشی موتورهای حرارتی، مهندس مهندس فرانسه Sadi Carno در سال 1824. مفهوم کارایی موتور گرما را معرفی کرد. نامه یونانی η برای تعیین کارایی استفاده می شود. مقدار η با استفاده از فرمول بهره وری موتور حرارتی محاسبه می شود:

$$ η \u003d (\\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ a \\ a \\ a q1) $$

از آنجا که $ A \u003d Q1 - Q2 $، پس از آن

$ η \u003d (1 - q2 \\ بیش از Q1) $

از آنجا که تمام موتورهای بخشی از گرما به یخچال داده می شود، همیشه η است< 1 (меньше 100 процентов).

حداکثر کارایی ممکن از موتور حرارتی کامل

سادی کارنو به عنوان یک ماشین گرمای ایده آل، یک ماشین را با گاز کامل به عنوان یک مایع کار ارائه داد. مدل ایده آل کارنو در یک چرخه (چرخه کارنو) کار می کند، متشکل از دو ایزوترم و دو adiabat.

شکل. 2. Carno Cycle:

به خاطر آوردن:

• فرآیند Adiabatic - این یک فرآیند ترمودینامیکی است که بدون تبادل گرما با محیط زیست رخ می دهد (q \u003d 0);
• فرایند ایزوترمال - این یک فرآیند ترمودینامیکی است که در دمای ثابت اتفاق می افتد. از آنجا که انرژی داخلی کامل گاز تنها به درجه حرارت بستگی دارد، مقدار گاز انتقال حرارت منتقل می شود Q. این به طور کامل بر روی عملکرد یک (q \u003d a) .

Sadi Carno ثابت کرد که حداکثر بازده احتمالی، که می تواند توسط یک موتور حرارتی ایده آل به دست آید، با استفاده از فرمول زیر تعیین می شود:

$$ ηmax \u003d 1- (t2 \\ over t1) $$

فرمول کارنو اجازه می دهد تا حداکثر کارایی ممکن موتور حرارتی را محاسبه کنید. بیشتر تفاوت بین درجه حرارت بخاری و یخچال و فریزر، بیشتر کارایی بیشتر است.

کارایی واقعی انواع مختلف موتورها چیست؟

از نمونه های فوق دیده می شود که بزرگترین کارایی کارایی (40-50٪) موتورهای احتراق داخلی (در نسخه دیزلی) و موتورهای جت بر سوخت مایع است.

شکل. 3. کارایی موتورهای حرارتی واقعی:

ما چه می دانستیم؟

بنابراین، ما یاد گرفتیم که بازده موتور چیست. مقدار بهره وری هر موتور حرارتی همیشه کمتر از 100 درصد است. بزرگتر تفاوت دما از بخاری T 1 و یخچال و فریزر T 2، بهره وری بیشتر است.

تست در موضوع

ارزیابی گزارش

میانگین امتیاز: 4.2. کل رتبه بندی به دست آمده: 293.

کار انجام شده توسط موتور:

برای اولین بار این فرآیند توسط مهندس و دانشمندان فرانسه، N. L. S. Karno در سال 1824 در کتاب "بازتاب در نیروی محرکه آتش سوزی و در مورد خودروهایی که می تواند این قدرت را توسعه دهد" در نظر گرفته شد.

هدف تحقیق کارنو این بود که علل ناقص وسایل نقلیه حرارتی آن زمان را پیدا کند (آنها کارایی ≤ 5٪) و جستجوی مسیرهای بهبود آنها را داشتند.

Carno Cycle موثرتر از همه ممکن است. کارایی او حداکثر است.

این رقم نشان دهنده فرایندهای ترمودینامیکی است. در فرآیند گسترش ایزوترمال (1-2) در دمای T. 1 ، کار به دلیل تغییر انرژی داخلی بخاری، به علت درجه حرارت حرارت، کار انجام می شود Q.:

آ. 12 = Q. 1 ,

گاز خنک کننده در مقابل فشرده سازی (3-4) زمانی رخ می دهد که گسترش adiabatic (2-3). تغییر در انرژی داخلی ΔU. 23 با فرآیند adiabatic ( q \u003d 0.) به طور کامل به کار مکانیکی تبدیل شده است:

آ. 23 \u003d -ΔU 23 ,

دمای گاز به عنوان یک نتیجه از بثورات آدیاباتیک (2-3) به دمای یخچال و فریزر کاهش می یابد T. 2 < T. 1 . در روند (3-4)، گاز Isothermally فشرده شده، با انتقال مقدار حرارت به یخچال و فریزر Q 2:

34 \u003d q 2,

این چرخه با فرایند فشرده سازی آدیاباتیک (4-1) تکمیل شده است، که در آن گاز به درجه حرارت گرم می شود t 1.

حداکثر مقدار کارایی موتورهای حرارتی که بر روی گاز ایده آل در طول چرخه کارنو عمل می کنند:

.

ماهیت فرمول در اثبات شده بیان شده است از جانب. قضیه کارنو که کارایی هر موتور حرارتی ممکن است از کارایی چرخه کارنو در همان دمای بخاری و یخچال استفاده کند.

کارایی موتور حرارتی. با توجه به قانون حفاظت از انرژی، عملیات انجام شده توسط موتور برابر است:

کجا - گرما به دست آمده از بخاری گرما، به یخچال و فریزر داده می شود.

کارایی موتور حرارتی نسبت عملکرد موتور انجام شده، به مقدار گرما به دست آمده از بخاری نامیده می شود:

از آنجا که تمام موتورها دارای مقدار مشخصی از گرما به یخچال و فریزر منتقل می شوند، سپس در همه موارد

حداکثر ارزش بهره وری موتورهای حرارتی. مهندس فرانسوی و دانشمند کارو (1796 1832) در کار "بازتاب در نیروی محرکه آتش سوزی" (1824) هدف: برای پیدا کردن با این حال، بهره برداری از موتور گرما موثرترین، یعنی تحت شرایط شرایط موتور حداکثر بهره وری را دارد.

کارنو با دستگاه حرارتی کامل با گاز کامل به عنوان یک بدن کار آمد. این کارایی این ماشین را با یک یخچال درجه حرارت و یخچال درجه حرارت محاسبه کرد

ارزش اصلی این فرمول این است که چگونه کارنو ثابت کرد، با تکیه بر قانون دوم ترمودینامیک، که هر حامل حرارت واقعی، با یک بخاری درجه حرارت کار می کند و یخچال درجه حرارت نمی تواند ضریب کارایی بیش از بهره وری از دستگاه گرمایش کامل داشته باشد.

فرمول (4.18) محدودیت نظری را برای حداکثر ارزش بهره وری موتورهای حرارتی می دهد. این نشان می دهد که موتور حرارتی موثرتر از درجه حرارت بخاری و زیر دمای یخچال است. فقط در دمای یخچال و فریزر برابر با صفر مطلق،

اما دمای یخچال و فریزر تقریبا نمی تواند بسیار پایین تر از دمای محیط باشد. شما می توانید دمای بخاری را افزایش دهید. با این حال، هر ماده (جامد) دارای مقاومت حرارتی محدود یا مقاومت حرارتی دارد. هنگامی که گرم می شود، آن را به تدریج خواص الاستیک خود را از دست می دهد، و در یک ذوب به اندازه کافی بالا.

در حال حاضر تلاش های اصلی مهندسان با هدف افزایش کارایی موتورها با کاهش اصطکاک قطعات خود، تلفات سوخت به دلیل احتراق ناقص آن، و غیره، فرصت های واقعی برای افزایش بهره وری در اینجا هنوز بزرگ هستند. بنابراین، برای توربین بخار، دمای اولیه و نهایی این جفت تقریبا به شرح زیر است: در این درجه حرارت، حداکثر کارایی بهره وری این است:

ارزش واقعی کارایی به علت انواع مختلف تلفات انرژی عبارتند از:

افزایش کارایی موتور های حرارتی، نزدیک شدن به آن به حداکثر ممکن - مهمترین کار فنی.

موتور حرارتی و حفاظت از طبیعت. استفاده گسترده از موتورهای حرارتی به منظور به دست آوردن انرژی مناسب برای استفاده از انرژی تا حد بیشتر نسبت به

تمام انواع دیگر فرآیندهای تولید با تاثیر زیست محیطی همراه است.

با توجه به قانون دوم ترمودینامیک، تولید انرژی الکتریکی و مکانیکی در اصل بدون حذف به محیط زیست مقادیر قابل توجهی از گرما انجام نمی شود. این نمی تواند منجر به افزایش تدریجی دما متوسط \u200b\u200bبر روی زمین شود. در حال حاضر مصرف برق حدود 1010 کیلو وات است. هنگامی که این قدرت به آن می رسد که دمای متوسط \u200b\u200bبه طور قابل توجهی افزایش می یابد (حدود یک درجه). افزایش بیشتر دما می تواند تهدیدی برای ذوب یخچال ها و افزایش فاجعه بار در سطح اقیانوس جهان ایجاد کند.

اما این ها از عواقب منفی استفاده از موتورهای حرارتی دور نیستند. آتش سوزی نیروگاه های حرارتی، موتورهای احتراق داخلی خودرو، و غیره به طور مداوم به اتمسفر، گیاهان مضر، حیوانات و مواد انسانی از بین رفته اند: ترکیبات گوگرد (هنگام احتراق زغال سنگ)، اکسید نیتروژن، هیدروکربن ها، اکسید کربن (CO) و غیره در این راستا، اتومبیل ها نمایندگی می شوند، تعداد آنها به شدت رشد می کنند و تمیز کردن گازهای زباله دشوار است. در نیروگاه های هسته ای مشکل دفن زباله های رادیواکتیو خطرناک وجود دارد.

علاوه بر این، استفاده از توربین های بخار بر نیروگاه ها نیاز به مناطق بزرگ تحت حوضچه ها برای خنک کردن بخار مصرف شده با افزایش ظرفیت نیروگاه به شدت افزایش نیاز به آب را افزایش می دهد. در سال 1980، در کشور ما، برای این اهداف، آن را در نزدیکی آب مورد نیاز بود، یعنی حدود 35 درصد از تامین آب تمام شاخه های اقتصاد.

این همه تعدادی از مشکلات جدی را با جامعه قرار می دهد. همراه با مهمترین وظیفه بهبود کارایی موتورهای حرارتی، تعدادی از اقدامات حفاظت از محیط زیست مورد نیاز است. ضروری است که اثربخشی ساختارهایی را افزایش دهیم که مانع انتشار مواد مضر در اتمسفر می شود؛ برای دستیابی به احتراق کامل تر سوخت در موتورهای خودرو. در حال حاضر دیگر مجاز به استفاده از اتومبیل ها با محتوای بالایی از شرکت های اگزوز نیست. امکان ایجاد وسایل نقلیه الکتریکی قادر به رقابت با عادی و امکان استفاده از سوخت بدون مواد مضر در گازهای زائد، به عنوان مثال، در موتورهای عملکردی بر روی مخلوط هیدروژن با اکسیژن تخلیه می شوند.

توصیه می شود برای صرفه جویی در منابع منطقه و منابع آب برای ساخت کل مجتمع های نیروگاه ها، عمدتا اتمی، با یک چرخه تامین آب بسته است.

جهت دیگر تلاش های همراه، افزایش بهره وری انرژی، مبارزه برای پس انداز آن است.

راه حل مشکلات ذکر شده در بالا برای بشریت حیاتی است. و این مشکلات با حداکثر موفقیت می تواند

در یک جامعه سوسیالیستی با توسعه برنامه ریزی شده اقتصاد در سراسر کشور حل شود. اما سازمان حفاظت از محیط زیست نیازمند تلاش برای مقیاس جهان است.

1. چه فرآیندهای غیر قابل برگشت نامیده می شود؟ 2. نام پروسه های معمول غیر قابل برگشت را نام ببرید. 3. نمونه هایی از فرآیندهای غیرقابل برگشت را که در متن ذکر نشده است، ارائه دهید. 4. قانون دوم قانون ترمودینامیک. 5. اگر رودخانه ها جریان پیدا کنند، آیا این قانون حفاظت از انرژی را نقض می کند؟ 6. کدام دستگاه یک موتور حرارتی نامیده می شود؟ 7. نقش بخاری، یخچال و فریزر و بدن کار موتور حرارتی چیست؟ 8. چرا در موتورهای حرارتی نمی توانند به عنوان منبع انرژی داخلی اقیانوس استفاده شوند؟ 9. چه کارایی موتور حرارتی نامیده می شود؟

10. حداکثر مقدار ممکن از کارایی موتور حرارتی چیست؟

کارایی موتور حرارتی. با توجه به قانون حفاظت از انرژی، عملیات انجام شده توسط موتور برابر است:

کجا - گرما به دست آمده از بخاری گرما، به یخچال و فریزر داده می شود.

کارایی موتور حرارتی نسبت عملکرد موتور انجام شده، به مقدار گرما به دست آمده از بخاری نامیده می شود:

از آنجا که تمام موتورها دارای مقدار مشخصی از گرما به یخچال و فریزر منتقل می شوند، سپس در همه موارد

حداکثر ارزش بهره وری موتورهای حرارتی. مهندس فرانسوی و دانشمند کارو (1796 1832) در کار "بازتاب در نیروی محرکه آتش سوزی" (1824) هدف: برای پیدا کردن با این حال، بهره برداری از موتور گرما موثرترین، یعنی تحت شرایط شرایط موتور حداکثر بهره وری را دارد.

کارنو با دستگاه حرارتی کامل با گاز کامل به عنوان یک بدن کار آمد. این کارایی این ماشین را با یک یخچال درجه حرارت و یخچال درجه حرارت محاسبه کرد

ارزش اصلی این فرمول این است که چگونه کارنو ثابت کرد، با تکیه بر قانون دوم ترمودینامیک، که هر حامل حرارت واقعی، با یک بخاری درجه حرارت کار می کند و یخچال درجه حرارت نمی تواند ضریب کارایی بیش از بهره وری از دستگاه گرمایش کامل داشته باشد.

فرمول (4.18) محدودیت نظری را برای حداکثر ارزش بهره وری موتورهای حرارتی می دهد. این نشان می دهد که موتور حرارتی موثرتر از درجه حرارت بخاری و زیر دمای یخچال است. فقط در دمای یخچال و فریزر برابر با صفر مطلق،

اما دمای یخچال و فریزر تقریبا نمی تواند بسیار پایین تر از دمای محیط باشد. شما می توانید دمای بخاری را افزایش دهید. با این حال، هر ماده (جامد) دارای مقاومت حرارتی محدود یا مقاومت حرارتی دارد. هنگامی که گرم می شود، آن را به تدریج خواص الاستیک خود را از دست می دهد، و در یک ذوب به اندازه کافی بالا.

در حال حاضر تلاش های اصلی مهندسان با هدف افزایش کارایی موتورها با کاهش اصطکاک قطعات خود، تلفات سوخت به دلیل احتراق ناقص آن، و غیره، فرصت های واقعی برای افزایش بهره وری در اینجا هنوز بزرگ هستند. بنابراین، برای توربین بخار، دمای اولیه و نهایی این جفت تقریبا به شرح زیر است: در این درجه حرارت، حداکثر کارایی بهره وری این است:

ارزش واقعی کارایی به علت انواع مختلف تلفات انرژی عبارتند از:

افزایش کارایی موتور های حرارتی، نزدیک شدن به آن به حداکثر ممکن - مهمترین کار فنی.

موتور حرارتی و حفاظت از طبیعت. استفاده گسترده از موتورهای حرارتی به منظور به دست آوردن انرژی مناسب برای استفاده از انرژی تا حد بیشتر نسبت به

تمام انواع دیگر فرآیندهای تولید با تاثیر زیست محیطی همراه است.

با توجه به قانون دوم ترمودینامیک، تولید انرژی الکتریکی و مکانیکی در اصل بدون حذف به محیط زیست مقادیر قابل توجهی از گرما انجام نمی شود. این نمی تواند منجر به افزایش تدریجی دما متوسط \u200b\u200bبر روی زمین شود. در حال حاضر مصرف برق حدود 1010 کیلو وات است. هنگامی که این قدرت به آن می رسد که دمای متوسط \u200b\u200bبه طور قابل توجهی افزایش می یابد (حدود یک درجه). افزایش بیشتر دما می تواند تهدیدی برای ذوب یخچال ها و افزایش فاجعه بار در سطح اقیانوس جهان ایجاد کند.

اما این ها از عواقب منفی استفاده از موتورهای حرارتی دور نیستند. آتش سوزی نیروگاه های حرارتی، موتورهای احتراق داخلی خودرو، و غیره به طور مداوم به اتمسفر، گیاهان مضر، حیوانات و مواد انسانی از بین رفته اند: ترکیبات گوگرد (هنگام احتراق زغال سنگ)، اکسید نیتروژن، هیدروکربن ها، اکسید کربن (CO) و غیره در این راستا، اتومبیل ها نمایندگی می شوند، تعداد آنها به شدت رشد می کنند و تمیز کردن گازهای زباله دشوار است. در نیروگاه های هسته ای مشکل دفن زباله های رادیواکتیو خطرناک وجود دارد.

علاوه بر این، استفاده از توربین های بخار بر نیروگاه ها نیاز به مناطق بزرگ تحت حوضچه ها برای خنک کردن بخار مصرف شده با افزایش ظرفیت نیروگاه به شدت افزایش نیاز به آب را افزایش می دهد. در سال 1980، در کشور ما، برای این اهداف، آن را در نزدیکی آب مورد نیاز بود، یعنی حدود 35 درصد از تامین آب تمام شاخه های اقتصاد.

این همه تعدادی از مشکلات جدی را با جامعه قرار می دهد. همراه با مهمترین وظیفه بهبود کارایی موتورهای حرارتی، تعدادی از اقدامات حفاظت از محیط زیست مورد نیاز است. ضروری است که اثربخشی ساختارهایی را افزایش دهیم که مانع انتشار مواد مضر در اتمسفر می شود؛ برای دستیابی به احتراق کامل تر سوخت در موتورهای خودرو. در حال حاضر دیگر مجاز به استفاده از اتومبیل ها با محتوای بالایی از شرکت های اگزوز نیست. امکان ایجاد وسایل نقلیه الکتریکی قادر به رقابت با عادی و امکان استفاده از سوخت بدون مواد مضر در گازهای زائد، به عنوان مثال، در موتورهای عملکردی بر روی مخلوط هیدروژن با اکسیژن تخلیه می شوند.

توصیه می شود برای صرفه جویی در منابع منطقه و منابع آب برای ساخت کل مجتمع های نیروگاه ها، عمدتا اتمی، با یک چرخه تامین آب بسته است.

جهت دیگر تلاش های همراه، افزایش بهره وری انرژی، مبارزه برای پس انداز آن است.

راه حل مشکلات ذکر شده در بالا برای بشریت حیاتی است. و این مشکلات با حداکثر موفقیت می تواند

در یک جامعه سوسیالیستی با توسعه برنامه ریزی شده اقتصاد در سراسر کشور حل شود. اما سازمان حفاظت از محیط زیست نیازمند تلاش برای مقیاس جهان است.

1. چه فرآیندهای غیر قابل برگشت نامیده می شود؟ 2. نام پروسه های معمول غیر قابل برگشت را نام ببرید. 3. نمونه هایی از فرآیندهای غیرقابل برگشت را که در متن ذکر نشده است، ارائه دهید. 4. قانون دوم قانون ترمودینامیک. 5. اگر رودخانه ها جریان پیدا کنند، آیا این قانون حفاظت از انرژی را نقض می کند؟ 6. کدام دستگاه یک موتور حرارتی نامیده می شود؟ 7. نقش بخاری، یخچال و فریزر و بدن کار موتور حرارتی چیست؟ 8. چرا در موتورهای حرارتی نمی توانند به عنوان منبع انرژی داخلی اقیانوس استفاده شوند؟ 9. چه کارایی موتور حرارتی نامیده می شود؟

10. حداکثر مقدار ممکن از کارایی موتور حرارتی چیست؟