Различия

Здесь показаны различия между двумя версиями данной страницы.

--- subjects:physics:тепловые_машины [2017/08/31 20:55]
¶ создано
+++ subjects:physics:тепловые_машины [2024/01/27 14:02] (текущий)
¶ [КПД тепловой машины]
@@ Строка 1: / Строка 1: @@
-<box right 30%|[[start]]>
+<box|[[start]]>
-  * **[[start]]**
+  * **[[Молекулярная физика]]**
-    * **Тепловые машины**
+    * [[Теплообмен]]
+      * **Тепловые машины**
+    * [[Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)]]
+    * [[Уравнения Менделеева-Клаперона]]
+    * [[Насыщенные и ненасыщенные пары]]
+    * [[Изотерма. Изобара. Изохора]]
+    * [[I закон термодинамики]]
+    * [[Смешанные задачи]]
+    * **Молекулярная физика в опытах**
+  * [[Электричество]]
 </box>
-====== Тепловые машины ======
-FIXME
+====== Тепловые машины. Цикл Карно ======
+В современной технике механическую энергию получают главным образом за счёт внутренней энергии топлива. Устройства, в которых происходит преобразование внутренней энергии в механическую, называют //тепловыми двигателями//.
+===== Примеры тепловых двигателей =====
+{{youtube>Yj6nh52Yb04?small}}
+++++Двигатель внутреннего сгорания|{{youtube>PCPpY2ASgtE?small}}++++
+++++Двигатель Стирлинга|{{youtube>bdqSAV5pDBI?7}}++++
+++++☆Принцип работы дизельного двигателя☆|{{youtube>-DYgmzUIfC4?15}}++++
+++++Бензиновый, или дизельный - что лучше? Сравнение двух типов двигателей|{{youtube>Ob5M0EVh9lo?15}}++++
+++++Принцип работы турбореактивного двигателя|
+  * [[https://habr.com/ru/post/714120/|Как работает турбореактивный двигатель]]
+{{youtube>qrNV_JQawJw?15}}
+++++
+===== КПД тепловой машины =====
+Работа, совершаемая тепловой машиной, не может быть больше: $A = Q_{1} - |Q_{2}|$, т.к. рабочее тело, получая некоторое количество теплоты ($Q_{1}$) от ''нагревателя'', часть этого количества теплоты (по модулю равную $|Q_{2}|$) отдаёт ''холодильнику''. Отношение этой работы к количеству теплоты, полученному расширяющимся газом от нагревателя, называется ''коэффициентом полезного действия'' $\eta$ тепловой машины.
+Коэффициент полезного действия **любой** тепловой машины считается по формуле:
+$$\eta_{real} = \frac{A}{Q_{1}}=\frac{Q_{1}-|Q_{2}|}{Q_{1}} = 1 - \frac{|Q_{2}|}{Q_{1}}$$
+**Для увеличения КПД**, при расширении или сжатии газа должны быть использованы процессы, позволяющие исключить уменьшение энергии горячего тела, которое происходило бы без совершения работы. Такие процессы существуют --- это **изотермический и адиабатный процесс**.
+===== Цикл Карно =====
+Сади Карно искал пути решения актуальной для его времени задачи --- установить причину несовершенства тепловых машин, найти пути наиболее эффективного их использования. Именно он, впервые предложил наиболее совершенный технический процесс, **состоящий из изотерм и адиабат**.
+==== Схема цикла Карно ====
+{{ :subjects:physics:carnot_cycle.png? |Схема цикла Карно}}
+**Прямой цикл Карно.** Исходным состоянием рабочего тела двигателя является состояние точки ''4''. На участке ''4—1'' цикла рабочее тело сжимается адиабатически, т. е. без потерь теплоты. В точке ''1'' к нему начинают изотермически подводить теплоту $Q_{1}$ от высокотемпературного источника, в результате чего рабочее тело расширяется по линии ''1—2''. На участке ''2—3'' расширение рабочего тела продолжается уже без подвода теплоты, т. е. адиабатически. На участке ''3—4'' от рабочего тела с помощью источника низкой температуры отбирается теплота $Q_{2}$. В двигателях, работающих по разомкнутому циклу, когда теплоноситель в каждом цикле работы обновляется, процесс охлаждения заменяется процессом обновления теплоносителя.
+^  Линия  ^  Состояние  ^^  Описание  ^
+^  1-2  |**Изотерма** \\ $T=T_{1}$ \\ $dQ_{1}$ \\ (нагревание) \\ $V\Uparrow$ |От нагревателя поступает теплота $dQ_{1}$ (или $Q_{H}$), газ под поршнем изотермически расширяется.|В начале процесса рабочее тело (''газ'') имеет температуру температуру нагревателя ($T_{H}$ или $T_{1}$). Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты $Q_{H}$ (или $Q_{1}$). \\ При этом объём рабочего тела увеличивается, оно **совершает механическую работу**, а его энтропия возрастает.|
+^  2-3  |**Адиабата** \\  \\ $dQ=0$ \\ $V\Uparrow$ |Газ изолирован от нагревателя и холодильника и адиабатически расширяется.|Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. \\ При этом температура тела уменьшается до температуры холодильника ($T_{X}$ или $T_{2}$), тело **совершает механическую работу**, а энтропия остаётся постоянной.|
+^  3-4  |**Изотерма** \\ $T=T_{2}$ \\ $dQ_{2}$ \\ (охлаждение) \\ $V\Downarrow$ |Газ изотермически (при $T = T_{2}$) сжимается и отдает теплоту $dQ_{2}$ холодильнику.|Рабочее тело, имеющее температуру холодильника ($T_{X}$ или $T_{2}$), приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься под действием внешней силы, отдавая холодильнику количество теплоты $Q_{X}$ (или $Q_{2}$). \\ Над телом совершается работа, его энтропия уменьшается.|
+^  4-1  |**Адиабата** \\  \\ $dQ=0$ \\ $V\Downarrow$ |Газ изолирован и адиабатически сжимается.|Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается под действием внешней силы без теплообмена с окружающей средой. \\ При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя ($T_{H}$ или $T_{1}$), над телом совершается работа, его энтропия остаётся постоянной.|
+==== Иллюстрации цикла Карно ====
+{{youtube>WuOcvt7p5B4?small}}
+{{youtube>7f8AvMKUsmQ?small}}
+==== Цикл Карно ====
+{{youtube>95XLXLqkcyI?medium}}
+===== Максимальный КПД тепловой машины =====
+Коэффициент полезного действия идеального цикла, как показал С.Карно, может быть выражен через **температуру нагревателя** ($T_{1}$) и **холодильника** ($T_{2}$). В реальных двигателях не удаётся осуществить цикл, состоящий из идеальных изотермических и адиабатных процессов. Поэтому КПД их цикла всегда меньше, чем КПД цикла Карно (при прочих равных условиях).
+$$\eta_{real}<\eta_{ideal}=\frac{T_{1}-T_{2}}{T_{1}}=1-\frac{T_{2}}{T_{1}}$$
+Из формулы видно, что **КПД** двигателей **растёт с увеличением температуры нагревателя и с уменьшением температуры холодильника**.
+Если бы температура холодильника была равна абсолютному нулю, то КПД был бы равен 100%.
+В современных двигателях обычно КПД увеличивают за счёт повышения температуры нагревателя.
+Реальный КПД тепловых машин порядка 30-40%, в то время как теоретически можно получить 60-80%, при тех же условиях.
+===== Обратный цикл Карно =====
+В термодинамике холодильных установок и тепловых насосов рассматривают обратный цикл Карно.
+При этом рабочим телом являются пары легкокипящих жидкостей – фенол, аммиак и т.п. Процесс перекачки теплоты от тел, помещенных в холодильную камеру, в окружающую среду происходит за счет затрат электроэнергии.
+**Обратный цикл Карно.** В обратном цикле Карно те же процессы происходят в обратной последовательности. Исходное состояние рабочего тела теперь --- точка ''3''. Адиабатически сжатое компрессором по линии ''3—2'' рабочее тело охлаждается изотермически по линии ''2—1'' и далее продолжает расширяться адиабатически по линии ''1—4''. На изотерме ''4—3'' к рабочему телу подводится теплота камеры охлаждения и оно возвращается к исходному состоянию точки ''3''.
+При этом чем меньше разность температур между холодильной камерой и окружающей средой, тем меньше нужно затратить энергии для передачи теплоты от холодного тела к горячему и тем выше холодильный коэффициент.
+Анализ обратного цикла Карно показывает, что передача теплоты от тела менее нагретого телу более нагретому возможна, но этот процесс требует соответствующей энергетической компенсации в системе, в виде затраченной работы или теплоты более высокого потенциала, способного совершить работу при переходе на более низкий потенциал.
+**Энтропия** --- часть внутренней энергии замкнутой системы или энергетической совокупности Вселенной, которая не может быть использована, в частности не может перейти или быть преобразована в механическую работу. Существует мнение, что мы можем смотреть на энтропию и как на меру беспорядка в системе.
+===== Полезно =====
+  * [[https://habr.com/ru/post/550808/|История кондиционирования воздуха. Принцип работы кондиционера]]
+====== Задачи и опыты ======
+===== Задачи =====
+++++☆Решение задач общего вида. Формулы☆|{{youtube>iDDGCf9eyes?start=9&end=805}}++++
+++++КПД тепловой машины|КПД тепловой машины. Тепловая машина с КПД 40% за цикл работы отдаёт холодильнику количество теплоты, равное 60 Дж. Какое количество теплоты машина получает за цикл от нагревателя?
+{{youtube>wL-YXf-La1Y?5}}++++

wiki.eduVdom.com

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Различия

Инструменты страницы

Записаться на занятия