Verkningsgrad för riktiga värmemotorer. Funktionsprincip för en värmemotor

Förmodligen har alla undrat över effektiviteten (Coefficient of Efficiency) hos en förbränningsmotor. När allt kommer omkring, ju högre denna indikator är, desto mer effektivt fungerar kraftenheten. Den mest effektiva på det här ögonblicket tid beaktas elektrisk typ, dess effektivitet kan nå upp till 90 - 95%, men för förbränningsmotorer, vare sig det är diesel eller bensin, är det milt sagt långt ifrån idealiskt...

För att vara ärlig alltså moderna alternativ motorer är mycket effektivare än sina motsvarigheter som släpptes för 10 år sedan, och det finns många anledningar till detta. Tänk själv innan, 1,6 liters versionen gav bara 60 - 70 hk. Och nu kan detta värde nå 130 - 150 hk. Detta är ett mödosamt arbete för att öka effektiviteten, där varje "steg" ges genom försök och misstag. Men låt oss börja med en definition.

- detta är värdet på förhållandet mellan två kvantiteter, kraften som tillförs motorns vevaxel och kraften som tas emot av kolven, på grund av trycket från gaserna som bildades genom att antända bränslet.

Enkelt uttryckt är detta omvandlingen av termisk eller termisk energi som uppstår vid förbränning av en bränsleblandning (luft och bensin) till mekanisk energi. Det bör noteras att detta redan har hänt, till exempel med ångkraftverk - även bränslet, under påverkan av temperatur, tryckte på enheternas kolvar. Installationerna där var dock många gånger större, och själva bränslet var fast (vanligtvis kol eller ved), vilket gjorde det svårt att transportera och driva det ständigt nödvändigt att "mata" in det i ugnen med spadar. Förbränningsmotorer är mycket mer kompakta och lättare än "ånga", och bränslet är mycket lättare att lagra och transportera.

Mer om förluster

När vi ser framåt kan vi med säkerhet säga att effektiviteten hos en bensinmotor varierar från 20 till 25%. Och det finns många anledningar till detta. Om vi ​​tar det inkommande bränslet och omvandlar det till procent, så verkar vi få "100% av energin" som överförs till motorn, och då finns det förluster:

1)Bränsleeffektivitet . Inte allt bränsle förbränns, en liten del av det går med avgaserna, på denna nivå tappar vi redan upp till 25% verkningsgrad. Naturligtvis, nu förbättras bränslesystemen, en injektor har dykt upp, men den är långt ifrån idealisk.

2) Den andra är termiska förlusterOch . Motorn värmer sig själv och många andra element, såsom kylare, dess kropp och vätskan som cirkulerar i den. Dessutom lämnar en del av värmen med avgaser. Allt detta resulterar i upp till 35 % förlust av effektivitet.

3) Den tredje är mekaniska förluster . PÅ alla typer av kolvar, vevstakar, ringar - alla ställen där det finns friktion. Detta kan också inkludera förluster från generatorns belastning, till exempel, ju mer elektricitet generatorn genererar, desto mer saktar den ner vevaxelns rotation. Givetvis har smörjmedel också gjort framsteg, men återigen, ingen har ännu helt kunnat övervinna friktionen - förlusterna är fortfarande 20%.

Sammanfattningen är alltså att effektiviteten är cirka 20%! Naturligtvis, bland bensinalternativen finns det enastående alternativ där denna siffra ökas till 25%, men det finns inte många av dem.

Det vill säga, om din bil förbrukar bränsle 10 liter per 100 km, kommer bara 2 liter av dem att gå direkt till jobbet, och resten är förluster!

Naturligtvis kan du öka kraften, till exempel genom att tråka ut huvudet, se en kort video.

Om du kommer ihåg formeln visar det sig:

Vilken motor har högst verkningsgrad?

Nu vill jag prata om bensin- och dieselalternativ och ta reda på vilken av dem som är mest effektiv.

För att uttrycka det på ett enkelt språk och utan att gå in på tekniska termers ogräs, om du jämför de två effektivitetsfaktorerna, är den mer effektiva av dem, naturligtvis, diesel och här är varför:

1) En bensinmotor omvandlar endast 25 % av energin till mekanisk energi, men en dieselmotor omvandlar cirka 40 %.

2) Om man utrustar en dieseltyp med turboladdning kan man uppnå en verkningsgrad på 50-53%, och det är mycket betydelsefullt.

Så varför är det så effektivt? Det är enkelt - trots liknande typ av arbete (båda är förbränningsenheter) gör diesel sitt jobb mycket mer effektivt. Den har större kompression och bränslet antänds med en annan princip. Den värms upp mindre, vilket innebär att det sparas på kylning, den har färre ventiler (spara på friktion), och den har inte heller de vanliga tändspolarna och tändstiften, vilket innebär att den inte kräver extra energikostnader från generatorn . Den fungerar i lägre hastigheter, det finns inget behov av att frenetiskt snurra på vevaxeln - allt detta gör dieselversionen till en mästare när det gäller effektivitet.

Om dieselbränsleeffektivitet

FRÅN ett högre effektivitetsvärde följer bränsleeffektivitet. Så till exempel kan en 1,6-litersmotor bara förbruka 3–5 liter i staden, till skillnad från bensintypen, där förbrukningen är 7–12 liter. Diesel är mycket effektivare, själva motorn är ofta mer kompakt och lättare, och nyligen också mer miljövänlig. Alla dessa positiva aspekter uppnås tack vare det större värdet, det finns ett direkt samband mellan effektivitet och kompression, se den lilla plattan.

Men trots alla fördelar har den också många nackdelar.

Som det blir tydligt är effektiviteten hos en förbränningsmotor långt ifrån idealisk, så framtiden tillhör helt klart elektriska alternativ - allt som återstår är att hitta effektiva batterier som inte är rädda för frost och håller en laddning under lång tid.

« Fysik - 10:e klass"

För att lösa problem måste du använda kända uttryck för att bestämma effektiviteten hos värmemotorer och kom ihåg att uttrycket (13.17) endast är giltigt för en idealisk värmemotor.

Uppgift 1.

I en ångmaskins panna är temperaturen 160 °C, och temperaturen i kylskåpet är 10 °C.
Vilket är det maximala arbete som en maskin teoretiskt kan utföra om kol som väger 200 kg med en specifik förbränningsvärme på 2,9 10 7 J/kg förbränns i en ugn med en verkningsgrad på 60 %?

Lösning.

Det maximala arbetet kan utföras av en idealisk värmemotor som arbetar enligt Carnot-cykeln, vars verkningsgrad är η = (T 1 - T 2)/T 1, där T 1 och T 2 är värmarens absoluta temperaturer och kylskåp. För alla värmemotorer bestäms verkningsgraden av formeln η = A/Q 1, där A är det arbete som utförs av värmemotorn, Q 1 är mängden värme som tas emot av maskinen från värmaren.
Från villkoren för problemet är det tydligt att Q 1 är en del av mängden värme som frigörs vid bränsleförbränning: Q 1 = η 1 mq.

Var är då A = η 1 mq(1 - T 2 /T 1) = 1,2 10 9 J.

Uppgift 2.

En ångmaskin med en effekt på N = 14,7 kW förbrukar bränsle som väger m = 8,1 kg per 1 timmes drift, med ett specifikt förbränningsvärme q = 3,3 10 7 J/kg.
Panntemperatur 200 °C, kylskåp 58 °C.
Bestäm effektiviteten för denna maskin och jämför den med effektiviteten hos en idealisk värmemotor.

Lösning.

Verkningsgraden hos en värmemotor är lika med förhållandet mellan det avslutade mekaniska arbetet A och den förbrukade mängden värme Qlt som frigörs under bränsleförbränning.
Värmemängd Q 1 = mq.

Arbete utfört under samma tid A = Nt.

Således, η = A/Q 1 = Nt/qm = 0,198, eller η ≈ 20%.

För en idealisk värmemotor η < η ид.

Uppgift 3.

En idealisk värmemotor med verkningsgrad η arbetar i en omvänd cykel (Fig. 13.15).

Som högsta belopp värme kan tas bort från kylskåpet genom att utföra mekaniskt arbete A?

Eftersom kylmaskinen arbetar i en omvänd cykel, för att värme ska överföras från en mindre uppvärmd kropp till en mer uppvärmd, är det nödvändigt för yttre krafter att göra positivt arbete.
Schematiskt diagram kylmaskin: en mängd värme Q 2 tas från kylen, arbete utförs av yttre krafter och en mängd värme Q 1 överförs till värmaren.
Därav, Q2 = Qi (1 - r), Qi = A/η.

Slutligen Q2 = (A/η)(1 - η).

Källa: "Fysik - 10:e klass", 2014, lärobok Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky

Grunderna i termodynamiken. Termiska fenomen - Fysik, lärobok för årskurs 10 - Klassrumsfysik

Men temperaturen i kylskåpet kan praktiskt taget inte vara mycket lägre än omgivningstemperaturen. Du kan öka värmarens temperatur. Men allt material ( fast) har begränsad värmebeständighet, eller värmebeständighet. När den värms upp förlorar den gradvis sina elastiska egenskaper, och när det är tillräckligt hög temperatur smälter. Nu är ingenjörernas huvudinsatser inriktade på att öka motorernas effektivitet genom att minska friktionen hos deras delar, bränsleförluster på grund av ofullständig förbränning, etc. Verkliga möjligheter att öka effektiviteten här är fortfarande stora. Så för en ångturbin är ångans initiala och slutliga temperaturer ungefär följande: T 1 = 800 K och T 2 = 300 K. Vid dessa temperaturer är det maximala värdet för verkningsgradskoefficienten lika med: Det faktiska värdet av effektiviteten på grund av olika typer av energiförluster är cirka 40 % . Den maximala verkningsgraden - cirka 44% - uppnås av förbränningsmotorer. Verkningsgraden för någon värmemotor kan inte överstiga det maximala möjliga värdet där T 1 är den absoluta temperaturen för värmaren och T 2 är den absoluta temperaturen för kylskåpet. Att öka effektiviteten hos värmemotorer och föra den närmare det maximala möjliga är den viktigaste tekniska uppgiften. Verkningsgradskoefficient för en värmemotor Arbetsvätskan, som tar emot en viss mängd värme Q 1 från värmaren, ger en del av denna mängd värme, modulo lika med |Q2|, till kylskåpet. Därför kan det nedlagda arbetet inte bli större A = Q 1 - |Q 2 |. Förhållandet mellan detta arbete och mängden värme som tas emot av den expanderande gasen från värmaren kallas effektivitet värmemotor: Effektiviteten hos en värmemotor som arbetar i en sluten cykel är alltid mindre än en . Uppgiften för termisk kraftteknik är att göra verkningsgraden så hög som möjligt, det vill säga att använda så mycket av värmen som tas emot från värmaren som möjligt för att producera arbete. Hur kan detta uppnås? För första gången föreslogs den mest perfekta cykliska processen, bestående av isotermer och adiabater, av den franske fysikern och ingenjören S. Carnot 1824. 42. Entropi. Termodynamikens andra lag. Entropi inom naturvetenskap är ett mått på störningen i ett system som består av många element. I synnerhet i statistisk fysik - ett mått på sannolikheten för förekomsten av något makroskopiskt tillstånd; i informationsteori - ett mått på osäkerheten i någon erfarenhet (test), som kan ha olika resultat, och därför mängden information; inom historisk vetenskap, för att förklara fenomenet alternativ historia (den historiska processens invarians och variabilitet). Entropi inom datavetenskap är graden av ofullständighet och osäkerhet i kunskap. Begreppet entropi introducerades först av Clausius inom termodynamiken 1865 för att bestämma måttet på irreversibel energiförlust, måttet på avvikelsen för en verklig process från en idealisk. Definierat som summan av reducerade värme, är det en funktion av tillstånd och förblir konstant under reversibla processer, medan dess förändring i irreversibla processer alltid är positiv. där dS är entropiökningen; δQ - minsta värme som tillförs systemet; T är den absoluta temperaturen för processen; Användning inom olika discipliner § Termodynamisk entropi är en termodynamisk funktion som kännetecknar mätningarna av oordning i ett system, det vill säga heterogeniteten i platsen för rörelsen av dess partiklar i ett termodynamiskt system. § Informationsentropi är ett mått på osäkerheten i källan till meddelanden, bestämt av sannolikheten för att vissa symboler ska uppträda under överföringen. § Differentialentropi - entropi för kontinuerliga distributioner § Entropi av ett dynamiskt system - i teorin om dynamiska system, ett mått på kaos i beteendet hos systembanor. § Reflexionsentropi är en del av informationen om ett diskret system som inte reproduceras när systemet reflekteras genom hela dess delar. § Entropi i kontrollteorin är ett mått på osäkerheten i ett systems tillstånd eller beteende under givna förhållanden. Entropi är en funktion av systemets tillstånd, i en jämviktsprocess lika med mängden värme som tillförs systemet eller avlägsnas från systemet, relaterat till systemets termodynamiska temperatur. Entropi är en funktion som upprättar en koppling mellan makro- och mikrotillstånd; den enda funktionen i fysiken som visar processernas riktning. Entropi är en funktion av systemets tillstånd, som inte beror på övergången från ett tillstånd till ett annat, utan bara beror på systemets initiala och slutliga position. Termodynamikens andra lag är en fysikalisk princip som lägger restriktioner på riktningen av värmeöverföringsprocesser mellan kroppar. Termodynamikens andra lag säger att spontan överföring av värme från en mindre uppvärmd kropp till en mer uppvärmd kropp är omöjlig. Termodynamikens andra lag förbjuder de så kallade evighetsrörelsemaskinerna av det andra slaget, vilket visar att effektiviteten inte kan vara lika med enhet, eftersom för en cirkulär process temperaturen i kylskåpet inte bör vara lika med 0. Termodynamikens andra lag är ett postulat som inte kan bevisas inom termodynamikens ramar. Den skapades på basis av en generalisering av experimentella fakta och fick många experimentella bekräftelser. 43. Effektivt spridningstvärsnitt. Genomsnittlig fri väg för molekyler. Genomsnittlig fri väg för molekyler

Låt oss anta att alla molekyler utom den som avses är orörliga. Vi kommer att betrakta molekylerna som sfärer med diameter d. Kollisioner kommer att inträffa när en stationär molekyls centrum är på ett avstånd som är mindre än eller lika med d från den räta linje längs vilken molekylens mittpunkt rör sig. Vid kollisioner ändrar molekylen rörelseriktningen och rör sig sedan i en rak linje fram till nästa kollision. Därför rör sig mitten av en rörlig molekyl, på grund av kollisioner, längs en streckad linje (Fig. 1).

ris. 1

Molekylen kommer att kollidera med alla stationära molekyler vars centrum är belägna i en trasig cylinder med en diameter på 2d. På en sekund färdas en molekyl ett avstånd som är lika med . Därför är antalet kollisioner som inträffar under denna tid lika med antalet molekyler vars centra faller inuti en trasig cylinder med en total längd och radie d. Låt oss ta att dess volym är lika med volymen av motsvarande uträtade cylinder, dvs lika med Om det finns n molekyler i en enhetsvolym av gas, så kommer antalet kollisioner av molekylen i fråga under en sekund att vara lika med

(3.1.2)

I verkligheten rör sig alla molekyler. Därför kommer antalet kollisioner på en sekund att vara något större än det erhållna värdet, eftersom på grund av rörelsen av omgivande molekyler, skulle molekylen i fråga uppleva ett visst antal kollisioner även om den själv förblev orörlig av alla molekyler som molekylen i fråga kolliderar med kommer att tas bort om vi i formel (3.1.2) istället för medelhastigheten presenterar medelhastigheten relativ rörelse molekylen i fråga. Faktum är att om den infallande molekylen rör sig med en genomsnittlig relativ hastighet, så visar sig molekylen den kolliderar med vara i vila, vilket antogs när formel (3.1.2) erhölls. Därför bör formel (3.1.2) skrivas i formen:

Eftersom vinklarna och hastigheterna och som möts av molekylerna är uppenbarligen oberoende slumpmässiga variabler, sedan genomsnittet

Med hänsyn till den sista likheten kan formel (3.1.4) skrivas om som:

Genomsnittlig fri väg för en molekylär det genomsnittliga avståndet (betecknat med λ) som en partikel färdas under sin fria väg från en kollision till nästa.

Den genomsnittliga fria vägen för varje molekyl är därför olika kinetisk teori begreppet medelfri väg introduceras (<λ>). Magnitud<λ>är en egenskap hos hela uppsättningen av gasmolekyler vid givna värden för tryck och temperatur.

Där σ är det effektiva tvärsnittet av molekylen, är n koncentrationen av molekyler.

Driften av många typer av maskiner kännetecknas av en så viktig indikator som värmemotorns effektivitet. Varje år strävar ingenjörer efter att skapa mer avancerad teknik, som med mindre skulle ge maximalt resultat av dess användning.

Värmemotoranordning

Innan du förstår vad det är, är det nödvändigt att förstå hur denna mekanism fungerar. Utan kunskap om principerna för dess åtgärd är det omöjligt att ta reda på kärnan i denna indikator. En värmemotor är en enhet som utför arbete med intern energi. Varje värmemotor som förvandlas till en mekanisk en använder den termiska expansionen av ämnen när temperaturen ökar. I solid-state-motorer är det möjligt att inte bara ändra volymen av ett ämne, utan också formen på kroppen. Verkan hos en sådan motor är föremål för termodynamikens lagar.

Funktionsprincip

För att förstå hur en värmemotor fungerar är det nödvändigt att överväga grunderna i dess design. För driften av enheten behövs två kroppar: varm (värmare) och kall (kylskåp, kylare). Funktionsprincipen för värmemotorer (värmemotoreffektivitet) beror på deras typ. Ofta är kylskåpet en ångkondensor, och värmaren är vilken typ av bränsle som helst som brinner i eldstaden. Effektiviteten hos en idealisk värmemotor hittas av följande formel:

Effektivitet = (Theating - Cooling) / Theating x 100 %.

I det här fallet kan verkningsgraden hos en riktig motor aldrig överstiga värdet som erhålls enligt denna formel. Dessutom kommer denna siffra aldrig att överstiga det ovan nämnda värdet. För att öka effektiviteten höjs oftast värmarens temperatur och kylskåpstemperaturen sänks. Båda dessa processer kommer att begränsas av utrustningens faktiska driftsförhållanden.

När en värmemotor går utförs arbetet, eftersom gasen börjar tappa energi och svalnar till en viss temperatur. Den senare är vanligtvis flera grader högre än den omgivande atmosfären. Detta är temperaturen i kylskåpet. Denna speciella enhet är designad för kylning och efterföljande kondensering av avgasånga. Där kondensorer finns är temperaturen i kylskåpet ibland lägre än miljö.

I en värmemotor, när en kropp värms upp och expanderar, kan den inte ge upp all sin inre energi för att utföra arbete. En del av värmen kommer att överföras till kylen tillsammans med eller ånga. Denna del av värmen går oundvikligen förlorad. Under bränsleförbränning tar arbetsvätskan emot från värmaren en viss mängd värme Q 1. Samtidigt utför den fortfarande arbete A, under vilken den överför en del av värmeenergin till kylskåpet: Q 2

Verkningsgrad kännetecknar motorns verkningsgrad inom området energiomvandling och transmission. Denna indikator mäts ofta i procent. Effektivitetsformel:

η*A/Qx100%, där Q är den energi som förbrukas, A är det nyttiga arbetet.

Baserat på lagen om bevarande av energi kan vi dra slutsatsen att effektiviteten alltid kommer att vara mindre än enhet. Det kommer med andra ord aldrig att bli mer nyttigt arbete än den energi som lagts på det.

Motoreffektivitet är förhållandet mellan nyttigt arbete och energin som tillförs av värmaren. Det kan representeras i form av följande formel:

η = (Q 1 - Q 2)/ Q 1, där Q 1 är värmen som tas emot från värmaren och Q 2 ges till kylskåpet.

Värmemotordrift

Arbetet som utförs av en värmemotor beräknas med följande formel:

A = |Q H | - |Q X |, där A är arbete, Q H är mängden värme som tas emot från värmaren, Q X är mängden värme som ges till kylaren.

|Q H | - |Q X |)/|Q H | = 1 - |Q X |/|Q H |

Det är lika med förhållandet mellan det arbete som utförs av motorn och mängden värme som tas emot. En del av den termiska energin går förlorad under denna överföring.

Carnot motor

Den maximala effektiviteten för en värmemotor observeras i Carnot-enheten. Detta beror på det faktum att det i detta system endast beror på den absoluta temperaturen hos värmaren (Tn) och kylaren (Tx). Verkningsgraden för en värmemotor som körs på bestäms av följande formel:

(Tn - Tx)/ Tn = - Tx - Tn.

Termodynamikens lagar gjorde det möjligt att beräkna den maximala verkningsgraden som är möjlig. Denna indikator beräknades först av den franske vetenskapsmannen och ingenjören Sadi Carnot. Han uppfann en värmemotor som fungerade på en idealisk gas. Den fungerar i en cykel av 2 isotermer och 2 adiabater. Principen för dess funktion är ganska enkel: en värmekontakt är ansluten till ett kärl med gas, som ett resultat av vilket arbetsvätska expanderar isotermiskt. Samtidigt fungerar den och tar emot en viss mängd värme. Därefter värmeisoleras kärlet. Trots detta fortsätter gasen att expandera, men adiabatiskt (utan värmeväxling med omgivningen). Vid denna tidpunkt sjunker dess temperatur till den i ett kylskåp. I detta ögonblick kommer gasen i kontakt med kylskåpet, som ett resultat av vilket den avger en viss mängd värme under isometrisk kompression. Därefter värmeisoleras kärlet igen. I detta fall komprimeras gasen adiabatiskt till sin ursprungliga volym och tillstånd.

Olika sorter

Nuförtiden finns det många typer av värmemotorer som arbetar på olika principer och på olika bränslen. De har alla sin egen effektivitet. Dessa inkluderar följande:

En förbränningsmotor (kolv), som är en mekanism där en del av den kemiska energin i förbränning av bränsle omvandlas till mekanisk energi. Sådana anordningar kan vara gas eller vätska. Det finns 2-takts- och 4-taktsmotorer. De kan ha en kontinuerlig arbetscykel. Enligt metoden för att förbereda bränsleblandningen är sådana motorer förgasare (med extern blandningsbildning) och diesel (med intern). Baserat på typen av energiomvandlare är de uppdelade i kolv, jet, turbin och kombinerad. Effektiviteten hos sådana maskiner överstiger inte 0,5.

En Stirlingmotor är en anordning där arbetsvätskan är placerad i ett begränsat utrymme. Det är en typ av extern förbränningsmotor. Principen för dess funktion är baserad på periodisk kylning/uppvärmning av kroppen med produktion av energi på grund av förändringar i dess volym. Detta är en av de mest effektiva motorerna.

Turbinmotor (roterande) med extern förbränning av bränsle. Sådana installationer finns oftast vid värmekraftverk.

Turbiner (roterande) förbränningsmotorer används vid termiska kraftverk i toppläge. Inte lika utbredd som andra.

En turbinmotor genererar en del av sin dragkraft genom sin propeller. Resten får den från avgaser. Dess design är en roterande motor på vars axel en propeller är monterad.

Andra typer av värmemotorer

Raket, turbojet och de som får dragkraft på grund av returen av avgaser.

Solid state-motorer använder fast material som bränsle. Under drift är det inte dess volym som förändras, utan dess form. Vid drift av utrustningen används en extremt liten temperaturskillnad.

Hur kan du öka effektiviteten

Är det möjligt att öka effektiviteten hos en värmemotor? Svaret måste sökas inom termodynamiken. Hon studerar de ömsesidiga omvandlingarna av olika typer av energi. Det har konstaterats att alla tillgängliga mekaniska etc. inte kan användas samtidigt, deras omvandling till termisk sker utan några begränsningar. Detta är möjligt på grund av det faktum att den termiska energins natur är baserad på den oordnade (kaotiska) rörelsen av partiklar.

Ju mer en kropp värms upp, desto snabbare kommer dess ingående molekyler att röra sig. Rörelsen av partiklar kommer att bli ännu mer oberäknelig. Tillsammans med detta vet alla att ordning lätt kan förvandlas till kaos, vilket är mycket svårt att beställa.

>>Fysik: Funktionsprincipen för värmemotorer. Värmemotorers prestandakoefficient (effektivitet).

Interna energireserver i jordskorpan och hav kan anses vara praktiskt taget obegränsade. Men för att lösa praktiska problem räcker det inte med energireserver. Det är också nödvändigt att kunna använda energi för att sätta igång verktygsmaskiner i fabriker och fabriker, fordon, traktorer och andra maskiner och för att rotera generatorers rotorer elektrisk ström etc. Mänskligheten behöver motorer - enheter som kan utföra arbete. De flesta av motorerna på jorden är det värmemotorer. Värmemotorer är enheter som omvandlar bränslets inre energi till mekanisk energi.
Driftsprinciper för värmemotorer. För att en motor ska fungera måste det finnas en tryckskillnad på båda sidor om motorkolven eller turbinbladen. I alla värmemotorer uppnås denna tryckskillnad genom att höja temperaturen på arbetsvätskan (gasen) med hundratals eller tusentals grader jämfört med omgivningstemperaturen. Denna temperaturökning uppstår när bränsle brinner.
En av motorns huvuddelar är ett gasfyllt kärl med en rörlig kolv. Arbetsvätskan i alla värmemotorer är gas, som fungerar under expansion. Låt oss beteckna den initiala temperaturen för arbetsvätskan (gasen) med T 1. Denna temperatur i ångturbiner eller maskiner uppnås av ångan i ångpannan. I förbränningsmotorer och gasturbiner sker temperaturhöjningen när bränsle brinner inuti själva motorn. Temperatur T 1 värmarens temperatur."
Kylskåpets roll. När arbetet utförs förlorar gasen energi och svalnar oundvikligen till en viss temperatur. T 2, vilket vanligtvis är något högre än omgivningstemperaturen. De ringer henne kylskåpstemperatur. Kylskåpet är atmosfären eller speciella enheter för att kyla och kondensera avfallsånga - kondensatorer. I det senare fallet kan temperaturen i kylskåpet vara något lägre än atmosfärstemperaturen.
I en motor kan således arbetsvätskan under expansion inte ge upp all sin inre energi för att utföra arbete. En del av värmen överförs oundvikligen till kylen (atmosfären) tillsammans med spillånga eller avgaser från förbränningsmotorer och gasturbiner. Denna del av den inre energin går förlorad.
En värmemotor utför arbete med hjälp av arbetsvätskans inre energi. Dessutom, i denna process, överförs värme från varmare kroppar (värmare) till kallare (kylskåp).
Det schematiska diagrammet för en värmemotor visas i figur 13.11.
Motorns arbetsvätska tar emot värme från värmaren under bränsleförbränning Q 1 fungerar A´ och överför mängden värme till kylskåpet Q 2 .
Prestandakoefficient (verkningsgrad) för en värmemotor Omöjligheten att helt omvandla gasens inre energi till värmemotorernas arbete beror på irreversibiliteten hos processer i naturen. Om värmen kunde återvända spontant från kylskåpet till värmaren, skulle den interna energin helt kunna omvandlas till nyttigt arbete av vilken värmemotor som helst.
Enligt lagen om energibevarande är det arbete som utförs av motorn lika med:

Var Q 1- mängden värme som tas emot från värmaren, och Q 2- mängden värme som överförs till kylskåpet.
Prestandakoefficient (verkningsgrad) för en värmemotor kallas arbetsattityd A´ utförs av motorn till mängden värme som tas emot från värmaren:

Eftersom alla motorer överför en viss mängd värme till kylskåpet, då η<1.
Effektiviteten hos en värmemotor är proportionell mot temperaturskillnaden mellan värmaren och kylskåpet. På T 1 - T 2=0 Motorn kan inte gå.
Maximalt verkningsgrad värde för värmemotorer. Termodynamikens lagar gör det möjligt att beräkna den maximala verkningsgraden för en värmemotor som arbetar med en värmare som har en temperatur T 1, och ett kylskåp med en temperatur T 2. Detta gjordes först av den franske ingenjören och vetenskapsmannen Sadi Carnot (1796-1832) i hans arbete "Reflections on the driving force of fire and on machines capable of developing this force" (1824).
Carnot kom med en idealisk värmemotor med en idealisk gas som arbetsvätska. En idealisk Carnot-värmemotor arbetar på en cykel som består av två isotermer och två adiabater. Först bringas ett kärl med gas i kontakt med en värmare, gasen expanderar isotermiskt och utför positivt arbete vid en temperatur T1, samtidigt får han mängden värme Q 1.
Därefter värmeisoleras kärlet, gasen fortsätter att expandera adiabatiskt medan dess temperatur sjunker till kylskåpets temperatur T 2. Efter detta bringas gasen i kontakt med kylskåpet under isotermisk kompression, den överför en mängd värme till kylskåpet Q 2, krymper till volym V 4 . Därefter värmeisoleras kärlet igen, gasen komprimeras adiabatiskt till volym V 1 och återgår till sitt ursprungliga tillstånd.
Carnot fick följande uttryck för effektiviteten hos denna maskin:

Som man kan förvänta sig är effektiviteten hos en Carnot-maskin direkt proportionell mot skillnaden i de absoluta temperaturerna för värmaren och kylskåpet.
Den huvudsakliga betydelsen av denna formel är att varje riktig värmemotor som arbetar med en värmare som har en temperatur T1, och ett kylskåp med en temperatur T 2, kan inte ha en verkningsgrad som överstiger den för en idealisk värmemotor.

Formel (13.19) ger den teoretiska gränsen för värmemotorers maximala verkningsgrad. Den visar att ju högre temperatur på värmaren och ju lägre temperatur på kylskåpet, desto effektivare är en värmemotor. Endast vid en kylskåpstemperatur lika med absoluta noll, η =1.
Men temperaturen i kylskåpet kan praktiskt taget inte vara lägre än omgivningstemperaturen. Du kan öka värmarens temperatur. Alla material (fast kropp) har dock begränsad värmebeständighet eller värmebeständighet. När den värms upp förlorar den gradvis sina elastiska egenskaper och vid en tillräckligt hög temperatur smälter den.
Nu är ingenjörernas huvudinsatser inriktade på att öka motorernas effektivitet genom att minska friktionen hos deras delar, bränsleförluster på grund av ofullständig förbränning, etc. Verkliga möjligheter att öka effektiviteten här är fortfarande stora. För en ångturbin är de initiala och slutliga ångtemperaturerna ungefär som följer: T 1≈800 K och T 2≈300 K. Vid dessa temperaturer är det maximala effektivitetsvärdet:

Det faktiska verkningsgradsvärdet på grund av olika typer av energiförluster är cirka 40 %. Den maximala effektiviteten - cirka 44% - uppnås av dieselmotorer.
Att öka effektiviteten hos värmemotorer och föra den närmare det maximala möjliga är den viktigaste tekniska uppgiften.
Värmemotorer utför arbete på grund av skillnaden i gastryck på ytorna på kolvarna eller turbinbladen. Denna tryckskillnad skapas av en temperaturskillnad. Den maximala möjliga verkningsgraden är proportionell mot denna temperaturskillnad och omvänt proportionell mot värmarens absoluta temperatur.
En värmemotor kan inte fungera utan ett kylskåp, vars roll vanligtvis spelas av atmosfären.

???
1. Vilken enhet kallas en värmemotor?
2. Vilken roll har värmaren, kylaren och arbetsvätskan i en värmemotor?
3. Vad är motorns verkningsgrad?
4. Vad är det maximala verkningsgraden för en värmemotor?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fysik 10:e klass

Lektionens innehåll lektionsanteckningar stödja frame lektion presentation acceleration metoder interaktiv teknik Öva uppgifter och övningar självtest workshops, utbildningar, fall, uppdrag läxor diskussionsfrågor retoriska frågor från elever Illustrationer ljud, videoklipp och multimedia fotografier, bilder, grafik, tabeller, diagram, humor, anekdoter, skämt, serier, liknelser, ordspråk, korsord, citat Tillägg sammandrag artiklar knep för nyfikna spjälsängar läroböcker grundläggande och ytterligare ordbok över termer andra Förbättra läroböcker och lektionerrätta fel i läroboken uppdatera ett fragment i en lärobok, inslag av innovation i lektionen, ersätta föråldrad kunskap med nya. Endast för lärare perfekta lektioner kalenderplan för året; Integrerade lektioner

Om du har korrigeringar eller förslag till den här lektionen,