Eficiența motorului termic. Eficiența motorului termic este o formulă de definiție. Motor termic. A doua lege a formulei termodinamice pentru determinarea eficienței motorului termic

???
1. Ce dispozitiv se numește motorul termic?
2. Care este rolul încălzitorului, frigiderului și al fluidului de lucru în motorul termic?
3. Ce se numește eficiența motorului?
4. Care este valoarea maximă a eficienței motorului termic?

G. Y. Mikishev, B.B. Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica 10

Dacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție,

Motorul de căldură (mașina) este un dispozitiv care convertește energia internă a combustibilului în lucrări mecanice, schimbând încălzirea cu corpurile înconjurătoare. Cele mai moderne motoare auto, aeronave, nave și rachete sunt proiectate pe principiile motorului termic. Lucrarea se face din cauza modificărilor volumului substanței de lucru și se utilizează valoarea eficienței oricărui tip de motor, numită eficiența (eficiența).

Cum este motorul de căldură

Din punctul de vedere al termodinamicii (secțiunea de fizică, care studiază modelele transformărilor reciproce ale energiilor interne și mecanice și transmiterea energiei de la un corp la altul), orice motor termic constă dintr-un încălzitor, frigider și un fluid de lucru.

Smochin. 1. Schema structurală a motorului termic :.

Prima mențiune a mașinii termice prototip aparține turbinei cu abur, care a fost inventată în vechea Roma (secolele II î.Hr.). Adevărat, invenția nu a fost încă utilizată pe scară largă din cauza lipsei multor părți auxiliare la momentul respectiv. De exemplu, nu a fost încă inventat un astfel de element cheie pentru funcționarea oricărui mecanism ca și rulmentul.

Schema generală de lucru a oricărei mașini termice arată astfel:

• Încălzitorul are o temperatură T1 suficient de mare pentru a transmite o cantitate mare de căldură Q1. În majoritatea mașinilor termice, se obține încălzirea în timpul arderii amestecului de combustibil (combustibil de oxigen);
• Fluorescența de lucru (perechi sau gaz) a motorului face o lucrare utilă. DAR,de exemplu, mutați pistonul sau rotiți turbina;
• Frigiderul absoarbe o parte din energia din fluidul de lucru. Temperatura frigiderului t 2< Т 1 . То есть, на совершение работы идет только часть теплоты Q 1 .

Mașina de căldură (motorul) trebuie să funcționeze continuu, astfel încât lichidul de lucru să se întoarcă la starea inițială, astfel încât temperatura sa să devină egală cu T1. Pentru continuitatea procesului, operarea mașinii trebuie să apară ciclic, repetată periodic. Pentru a crea un mecanism ciclic - returnați fluidul de lucru (gaz) în starea inițială - este necesar ca frigiderul să răcească gazul în timpul procesului de comprimare. Frigiderul poate servi ca o atmosferă (pentru motoarele cu combustie internă) sau apă rece (pentru turbinele cu abur).

Ceea ce este egal cu eficiența motorului termic

Pentru a determina eficacitatea motoarelor termice, inginerul francez-mecanic Sadi Carno în 1824. a introdus conceptul de eficiență a motorului de căldură. Scrisoarea greacă η este folosită pentru a desemna eficiența. Valoarea η este calculată utilizând formula de eficiență a motorului termic:

$$ η \u003d (A \\ peste Q1) $$

Deoarece $ a \u003d Q1 - Q2 $, atunci

$ η \u003d (1 - Q2 \\ peste Q1) $

Deoarece toate motoarele parte a căldurii sunt date la frigider, este întotdeauna η< 1 (меньше 100 процентов).

Eficiența maximă posibilă a motorului termic perfect

Ca o mașină de căldură ideală, Sadi Karno a oferit o mașină cu gazul perfect ca fluid de lucru. Modelul ideal Carno funcționează pe un ciclu (Ciclu Carno), format din două izoterme și două ADIABAT.

Smochin. 2. Ciclul Carno :.

Reamintim:

• Procesul adiabatic - Este un proces termodinamic care apare fără schimb de căldură cu mediul (Q \u003d 0);
• Procesul izotermic - Acesta este un proces termodinamic care apare la o temperatură constantă. Deoarece energia interioară perfectă a gazului depinde numai de temperatură, cantitatea de gaze cu transmitere termică transmisă Q. Este complet pus pe performanța unui (q \u003d a) .

Sadi Carno a demonstrat că eficiența maximă posibilă, care poate fi realizată de un motor termic ideal este determinată utilizând următoarea formulă:

$$ ηmax \u003d 1- (T2 \\ peste T1) $$

Formula Carno vă permite să calculați eficiența maximă posibilă a motorului termic. Cu cât diferența dintre temperaturile încălzitorului și frigiderului, cu atât este mai mare eficiența.

Care sunt eficiența reală a diferitelor tipuri de motoare

Din exemplele de mai sus se poate observa că cea mai mare eficiență a eficienței (40-50%) sunt motoarele cu combustie internă (într-o versiune diesel) și motoare cu jeturi pe combustibil lichid.

Smochin. 3. Eficiența motoarelor termice reale :.

Ce știm?

Deci, am aflat ce este eficiența motorului. Amploarea eficienței oricărui motor termic este întotdeauna mai mică de 100%. Cu cât este mai mare diferența de temperatură a încălzitorului T1 și frigiderul T2, cu atât este mai mare eficiența.

Testați pe subiect

Evaluarea raportului

Rata medie: 4.2. Evaluările totale obținute: 293.

Lucrarea efectuată de motor este:

Pentru prima dată acest proces a fost considerat de inginerul francez și de oamenii de știință N. L. S. Karno în 1824 în cartea "Reflecții asupra forței motrice a focului și despre mașinile care pot dezvolta această putere".

Scopul cercetării Carno a fost acela de a afla cauzele imperfecțiunii vehiculelor termice din acea vreme (au avut o eficiență de ≤ 5%) și căutarea căilor de îmbunătățire.

Ciclul Carno este cel mai eficient posibil. Eficiența lui este maximă.

Figura arată ciclurile termodinamice-cicluri. În procesul de expansiune izotermică (1-2) la temperaturi T. 1 , se efectuează lucrări datorită schimbării energiei interne a încălzitorului, adică datorită gradului cantității de căldură Q.:

A. 12 = Q. 1 ,

Gazul de răcire în fața compresiei (3-4) are loc atunci când expansiunea adiabatică (2-3). Schimbarea energiei interioare ΔU. 23 cu proces adiabatic ( Q \u003d 0.) Complet convertit în muncă mecanică:

A. 23 \u003d -Δu. 23 ,

Temperatura gazului ca rezultat al erupției cutanate adiabatoare (2-3) scade la temperatura frigiderului T. 2 < T. 1 . În procesul (3-4), comprimat gazul izotermic, care a transferat cantitatea de căldură la frigider Q 2.:

A 34 \u003d Q 2,

Ciclul este completat cu procesul de compresie adiabatică (4-1), în care gazul se încălzește până la temperatură T 1..

Valoarea maximă a eficienței motoarelor termice care funcționează pe gazul ideal, de-a lungul ciclului Carno:

.

Esența formulei este exprimată în dovedită DIN. TEOREMUL CARNO Că eficiența oricărui motor termic nu poate depăși eficiența ciclului Carno efectuat la aceeași temperatură a încălzitorului și a frigiderului.

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?

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?