Чем определяется кпд теплового двигателя - Авто Журнал
Aklaypart.ru

Авто Журнал
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем определяется кпд теплового двигателя

Прежде чем разбираться в том, что такое КПД (коэффициент полезного действия), необходимо понять, как же работает этот механизм. Без знания принципов его действия нельзя выяснить сущность этого показателя. Тепловым двигателем называют устройство, которое совершает работу благодаря использованию внутренней энергии. Любая тепловая машина, превращающая тепловую энергию в механическую, использует тепловое расширение веществ при повышении температуры. В твердотельных двигателях возможно не только изменение объема вещества, но и формы тела. Действие такого двигателя подчинено законам термодинамики.

Устройство термического мотора

До того как разбираться в том, что такое КПД (коэффициент полезного деяния), нужно осознать, как работает этот механизм. Без познания принципов его деяния нельзя узнать суть этого показателя. Термическим движком именуют устройство, которое совершает работу благодаря использованию внутренней энергии. Неважно какая термическая машина, превращающая термическую энергию в механическую, употребляет термическое расширение веществ при повышении температуры. В твердотельных движках может быть не только лишь изменение объема вещества, да и формы тела. Действие такового мотора подчинено законам термодинамики.

2. Работа газа в тепловых двигателях

На­гре­ва­те­лем яв­ля­ет­ся про­цесс сго­ра­ния топ­ли­ва, ко­то­рое при сго­ра­нии пе­ре­да­ёт боль­шое ко­ли­че­ство теп­ло­ты газу, на­гре­вая тот до боль­ших тем­пе­ра­тур. Го­ря­чий газ, ко­то­рый яв­ля­ет­ся ра­бо­чим телом, вслед­ствие по­вы­ше­ния тем­пе­ра­ту­ры, а сле­до­ва­тель­но, и дав­ле­ния, рас­ши­ря­ет­ся, со­вер­шая ра­бо­ту . Ко­неч­но же, так как все­гда су­ще­ству­ет теп­ло­пе­ре­да­ча с кор­пу­сом дви­га­те­ля, окру­жа­ю­щим воз­ду­хом и т. д., ра­бо­та не будет чис­лен­но рав­нять­ся пе­ре­дан­ной теп­ло­те – часть энер­гии ухо­дит на хо­ло­диль­ник, ко­то­рым, как пра­ви­ло, яв­ля­ет­ся окру­жа­ю­щая среда.

Проще всего можно пред­ста­вить себе про­цесс, про­ис­хо­дя­щий в про­стом ци­лин­дре под по­движ­ным порш­нем (на­при­мер, ци­линдр дви­га­те­ля внут­рен­не­го сго­ра­ния). Есте­ствен­но, чтобы дви­га­тель ра­бо­тал и в нём был смысл, про­цесс дол­жен про­ис­хо­дить цик­ли­че­ски, а не ра­зо­во. То есть после каж­до­го рас­ши­ре­ния газ дол­жен воз­вра­щать­ся в пер­во­на­чаль­ное по­ло­же­ние (рис. 3).

Рис. 3. При­мер цик­ли­че­ской ра­бо­ты теп­ло­во­го дви­га­те­ля (Ис­точ­ник)

Для того чтобы газ воз­вра­щал­ся в на­чаль­ное по­ло­же­ние, над ним необ­хо­ди­мо вы­пол­нить некую ра­бо­ту (ра­бо­та внеш­них сил). А так как ра­бо­та газа равна ра­бо­те над газом с про­ти­во­по­лож­ным зна­ком, для того чтобы за весь цикл газ вы­пол­нил сум­мар­но по­ло­жи­тель­ную ра­бо­ту (иначе в дви­га­те­ле не было бы смыс­ла), необ­хо­ди­мо, чтобы ра­бо­та внеш­них сил была мень­ше ра­бо­ты газа. То есть гра­фик цик­ли­че­ско­го про­цес­са в ко­ор­ди­на­тах P-V дол­жен иметь вид: за­мкну­тый кон­тур с об­хо­дом по ча­со­вой стрел­ке. При дан­ном усло­вии ра­бо­та газа (на том участ­ке гра­фи­ка, где объём рас­тёт) боль­ше ра­бо­ты над газом (на том участ­ке, где объём умень­ша­ет­ся) (рис. 4).

Рис. 4. При­мер гра­фи­ка про­цес­са, про­те­ка­ю­ще­го в теп­ло­вом дви­га­те­ле

Раз мы го­во­рим о неко­ем ме­ха­низ­ме, обя­за­тель­но нужно ска­зать, каков его КПД.

Презентация к уроку «Тепловые двигатели. КПД теплового двигателя»

Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов

Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте

откроется в новом окне

Выдаем Удостоверение установленного образца:

Описание презентации по отдельным слайдам:

Истина – это то, что выдерживает проверку опытом. А. Эйнштейн

Кроссворд Один из способов изменения внутренней энергии тела Источник энергии, используемый в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту Кинетическая, потенциальная, внутренняя Дерево даешь – съедает, от воды – умирает От этой величины зависит скорость движения молекул Единица измерения мощности Процесс соединения молекул горючего с кислородом, при котором выделяется энергия Единица измерения энергии Один из видов теплопередачи

Кроссворд Один из способов изменения внутренней энергии тела (теплопередача). Источник энергии, используемый в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту (топливо). Кинетическая, потенциальная, внутренняя (энергия). Дерево даешь – съедает, от воды – умирает (огонь). От этой величины зависит скорость движения молекул (температура). Единица измерения мощности (Ватт). Процесс соединения молекул горючего с кислородом, при котором выделяется энергия (горение). Единица измерения энергии (Джоуль). Один из видов теплопередачи (излучение). т е п л о п е р е д а ч а т о п л и в о э н е р г и я 0 г о н ь т е м п е р а т у р а В а т т г о р е н и е Д ж о у л ь и з л у ч е н и е

Тепловые двигатели. КПД теплового двигателя Пустотина Е.А. преподаватель физики Чернышевский филиал ГПОУ «ШМЛ» LOGO

Цели урока Цели урока. обучающая: — формирование понятий и представлений о тепловом двигателе, его видах, принципе действия двигателя внутреннего сгорания, КПД теплового двигателя. — ознакомить с влиянием тепловых двигателей на окружающую среду и способах борьбы с отрицательным влиянием; воспитывающая: — воспитывать интерес к предмету, умение видеть экологические проблемы, связанные с развитием техники. развивающая: — развивать логическое мышление, память, способности находить оптимальный путь выполнения поставленной задачи; умения правильно объяснять физические понятия и явления; содействовать развитию у учащихся умения самостоятельного приобретения знаний.

Читать еще:  Датчики температуры 100 двигатель aad

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. LOGO

Джеймс Уатт В 1782 году Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Он использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара. Паровая машина Уатта стала изобретением века, положившем начало к промышленной революции.

классификация тепловых двигателей. паровая машина двигатель внутреннего сгорания паровая и газовая турбины реактивный двигатель

История изобретения паровых машин Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она использовалась в заводском производстве, а затем ее стали устанавливать на паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах.

Паровая машина Дэни Папена В 1698 году он построил паровую машину, используя пороховой двигатель, заменив порох водой.

Томас Ньюкомен и его паровая машина Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. После этого цикл повторялся. Машина Ньюкомена оказалась на редкость удачной и использовалась по всей Европе более 50 лет.

История изобретения турбин В основе действия паровой турбины лежат два принципа создания усилия на роторе, известные с давних времен, реактивный и активный. В машине Бранке, построенной в 1629 году, струя пара приводила в движение колесо, напоминающее колесо водяной мельницы.

Паровая турбина Лаваля представляет собой колесо с лопатками. Пар под большим давлением вырывается из трубы (сопла), давит на лопатки и раскручивает колесо.

Паровая турбина Парсонса Парсонс соединил паровую турбину с генератором электрической энергии. С помощью турбины стало возможно вырабатывать электричество, и это повысило интерес общества к тепловым турбинам. В результате 15-летних изысканий он создал наиболее совершенную по тем временам реактивную турбину.

Паровозы Стефенсона и Черепановых

Паровозы Черепановых Первый паровоз был построен Мироном и Ефимом Черепановыми в 1834 году Нижнетагильском заводе. Испытания паровоза начались в августе 1834 года. Имеются сведения о том, что в 1833 году Мирон Черепанов побывал в Великобритании и увидел там паровоз Стефенсона«Ракета».

Первое судно с паротурбинным двигателем – «Турбиния», — построенное Парсонсом в 1894 году развивало скорость около 59 км/час. С 1900 года турбины начали устанавливать на миноносцах, а после 1906 года все большие военные корабли оснащались турбинными двигателями.

Устройство паровоза Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер — специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк-паровозом.

Первый паровоз, двигавшийся по рельсам был создан в 1804 году Тревитиком. Первая железная дорога, открытая в 1825 году между Стоктоном и Дарлингтоном, обслуживалась паровозами Стефенсона. Этот паровоз стал прообразом для всех дальнейших разработок паровозов.

Паровая турбина. В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами. ПАРОВАЯ ТУРБИНА, турбина, преобразующая тепловую энергию водяного пара в механическую работу. Подразделяются на стационарные (напр., на теплоэлектростанции) и транспортные (судовые). Выполняются одно- и многокорпусными (обычно не более 4 корпусов), одновальными (валы всех корпусов на одной оси) и с параллельным расположением 2-3 валов. В Российской Федерации строят паровые турбины мощностью от нескольких кВт до 1200 МВт. В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Ракетный двигатель РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, реактивный двигатель, не использующий для работы окружающую среду (воздух, воду). Распространены химические ракетные двигатели (разрабатывают и испытывают электрические, ядерные и другие ракетные двигатели). Простейший ракетный двигатель работает на сжатом газе. По назначению различают разгонные, тормозные, управляющие и др. Применяют на ракетах (отсюда название), самолетах и др. Основной двигатель в космонавтике.

Читать еще:  Характеристики датчиков инжекторного двигателя

Структура теплового двигателя и формула КПД. Тепловой двигатель состоит из нагревателя (устройства, где сгорает топливо), рабочего тела и холодильника. Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты (Q1). Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу (Ап) за счет своей внутренней энергии. Часть энергии (Q2) передается холодильнику вместе с отработанным паром или выхлопными газами. Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве. НАГРЕВАТЕЛЬ (Т1) РАБОЧЕЕ ТЕЛА ХОЛОДИЛЬНИК (Т2) Q1 Q2 A* A*=Q1 – Q2

Паровой двигатель – 8% Паровая турбина – 40% Газовая турбина – 25-30% Двигатель внутреннего сгорания – 18-24% Дизельный двигатель – 40– 44% Реактивный двигатель – 25%

Сравните значения Q1 и Q2. Значит, Ап = Q1 – Q2 и Q2 26 слайд

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Первый такт – ВПУСК. Второй такт – СЖАТИЕ. Третий такт – РАБОЧИЙ ХОД. Четвертый такт – ВЫПУСК.

Экологические последствия работы тепловых двигателей.

Какие машины называют тепловыми двигателями? Какие виды тепловых двигателей вы знаете? Что является нагревателем двигателя внутреннего сгорания? Что является холодильником двигателя внутреннего сгорания? Из скольких тактов состоит цикл двигателя внутреннего сгорания?

Рефлексия На уроке я работал активно / пассивно Своей работой на уроке я доволен / не доволен Урок для меня показался коротким / длинным За урок я не устал / устал Мое настроение стало лучше / стало хуже Материал урока мне был понятен / не понятен полезен / бесполезен интересен / скучен Домашнее задание мне кажется легким / трудным интересно / не интересно Ответы подчеркнуть

Домашнее задание: 1. подготовить сообщение или презентацию на тему «Глобальные проблемы человечества» 2. решить задачу LOGO

Тепловой двигатель совершает за цикл работу 100Дж. Какое количество теплоты получено при этом от нагревателя, если КПД равен 20%

С момента, когда была построена первая паровая машина, до настоящего времени прошло более 240 лет. За это время тепловые машины сильно изменили содержание жизнь человека. Именно применение этих машин позволило человечеству шагнуть в космос, раскрыть тайны морских глубин.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

ЕГЭ по физике: методика решения задач

  • Все материалы
  • Статьи
  • Научные работы
  • Видеоуроки
  • Презентации
  • Конспекты
  • Тесты
  • Рабочие программы
  • Другие методич. материалы

  • Пустотина Елена АнатольевнаНаписать 2796 11.02.2017

Номер материала: ДБ-186076

  • Физика
  • 10 класс
  • Презентации
    11.02.2017 588
    10.02.2017 194
    10.02.2017 247
    10.02.2017 320
    10.02.2017 228
    10.02.2017 589
    10.02.2017 4607

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

ЕГЭ в 2022 году может пройти в допандемийном формате

Время чтения: 1 минута

В России разработали программу содействия занятости молодежи до 2030 года

Время чтения: 1 минута

Избыток свободного времени вредит здоровью

Время чтения: 2 минуты

ВПР начались в колледжах с 15 сентября

Время чтения: 4 минуты

Всероссийская олимпиада школьников начнется 13 сентября

Время чтения: 2 минуты

В пяти регионах России протестируют новую систему оплаты труда педагогов

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Другие похожие показатели [ править ]

Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.

КПД котлов [ править ]

КПД котлов на органическом топливе традиционно рассчитывается по низшей теплоте сгорания; при этом предполагается, что влага продуктов сгорания покидает котёл в виде перегретого пара. В конденсационных котлах эта влага конденсируется, теплота конденсации полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по высшей теплоте сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.

Читать еще:  Чем замеряют момент двигателя

Тепловые насосы и холодильные машины [ править ]

Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.

Эффективность машин характеризует холодильный коэффициент (англоязычный аналог COP)

,

где — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

,

где — тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

В идеальной машине , отсюда для идеальной машины

Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно: в нём холодильный коэффициент

,

где , — температуры горячего и холодного концов, K [2] . Данная величина, очевидно, может быть сколь угодно велика; хотя практически к ней трудно приблизиться, холодильный коэффициент может превосходить единицу. Это не противоречит первому началу термодинамики, поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.

Пример решения задач

Пример 1. Каков КПД идеальной тепловой машины, в случае если температура нагревателя составляет 800 о С, а температура холодильника на 500 о С ниже?

T 1 = 800 о С= 1073 К, ∆T= 500 о С=500 К, η — ?

По определению: η=(T 1 — Т 2)/ T 1.

Нам не дана температура холодильника, но ∆T= (T 1 — Т 2), отсюда:

η= ∆T / T 1 = 500 К/1073 К = 0,46.

Пример 2. Определите КПД идеальной тепловой машины, если за счет приобретенного одного килоджоуля энергии нагревателя совершается полезная работа 650 Дж. Какова температура нагревателя тепловой машины, если температура охладителя — 400 К?

Q 1 = 1 кДж=1000 Дж, А = 650 Дж, Т 2 = 400 К, η — ?, T 1 = ?

В данной задаче речь идет о тепловой установке, КПД которой можно вычислить по формуле:

Для определения температуры нагревателя воспользуемся формулой КПД идеальной тепловой машины:

η = (T 1 — Т 2)/ T 1 = 1 — Т 2 / T 1.

Выполнив математические преобразования, получим:

Т 1 = Т 2 /(1- A / Q 1).

η= 650 Дж/ 1000 Дж = 0,65.

Т 1 = 400 К /(1- 650 Дж/ 1000 Дж) = 1142,8 К.

Ответ: η= 65%, Т 1 = 1142,8 К.

Другие похожие показатели

Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.

КПД котлов

КПД котлов на органическом топливе традиционно рассчитывается по низшей теплоте сгорания; при этом предполагается, что влага продуктов сгорания покидает котёл в виде перегретого пара. В конденсационных котлах эта влага конденсируется, теплота конденсации полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по высшей теплоте сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.

Тепловые насосы и холодильные машины

Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.

Эффективность машин характеризует холодильный коэффициент [en]

ε X = Q X / A >=Q_ >/A> ,

где Q X >> — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

ε Γ = Q Γ / A =Q_/A> ,

где Q Γ > — тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

В идеальной машине Q Γ = Q X + A =Q_ >+A> , отсюда для идеальной машины ε Γ = ε X + 1 =varepsilon _ >+1>

Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно: в нём холодильный коэффициент

ε = T X T Γ − T X > over -T_ >>>> ,

где T Γ > , T X >> — температуры горячего и холодного концов, K [2] . Данная величина, очевидно, может быть сколь угодно велика; хотя практически к ней трудно приблизиться, холодильный коэффициент может превосходить единицу. Это не противоречит первому началу термодинамики, поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector