Принцип дії теплових двигунів

Зміна внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу

• ∆U – зміна внутрішньої енергії (Дж)
• ∆T – зміна температури (К)
• Внутрішня енергія змінюється тільки тоді, коли змінюється температура газу (при незмінній масі)

​

Робота газу:

• Якщо тиск газу не змінюється, то робота обчислюється за формулою:
• А=p∆V=p(V₂-V₁)
• Якщо об'єм газу не змінюється, то робота газу дорівнює нулю. А=0

​

• Робота газу чисельно дорівнює площі під графіком в координатах p(V)

​

​

Перший закон термодинаміки

• Кількість теплоти, передана газу, іде на зміну внутрішньої енергії і на виконання роботи.

Q=∆U+A

​

Q – кількість теплоти (Дж)

∆U – зміна внутрішньої енергії (Дж)

A – робота (Дж)

Тепловий двигун

• Це пристрій циклічної дії , який перетворює енергію згоряння палива на механічну енергію. Тепловий двигун складається з 3 частин:

1. Робоче тіло (газ)

• Механічну роботу в тепловому двигуні виконує газ, який отримує тепло, розширюється і тисне на поршень. Тому газ називають робочим тілом

2. Нагрівач (нагрівник)

• Для того, щоб газ розширювався, він отримує тепло від нагрівача

3. Холодильник (охолоджувач)

• Для безперервної роботи двигуна потрібно повертати в початкове положення. Для цього газ (робоче тіло) потрібно охолодити. При охолодженні газ починає стискатись.

Отже, тепловий двигун складається з трьох частин:

• 1. Нагрівач (Дає тепло) Q_н.(Дж)
• 2. Робоче тіло – газ (розширюючись, виконує роботу) А (Дж)
• 3. Холодильник (Забирає у газу тепло, повертаючи в початковий об'єм) Q_х.(Дж)

​

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна (ККД)

• ККД – це відношення корисної роботи, виконаної двигуном, до кількості теплоти, одержаної від нагрівача.
• Вимірюється у відсотках.
• Це найголовніший показник економічності теплових двигунів в цілому.

Формула ККД

​

​

• А- корисна робота
• Q_н - кількість теплоти, одержана від нагрівача.

​

• Враховуючи, що
• Q_х - кількість теплоти, віддана холодильнику.

​

• Отримуємо таку формулу для ККД

ККД ідеального теплового двигуна

• Також можна обрахувати ККД за формулою:

​

​

​

• Де:
• Т_н – температура нагрівача в Кельвінах
• Т_х - температура холодильника в Кельвінах

Задача 1

• Обчислити ККД теплового двигуна, якщо він виконує корисну роботу 500 Дж і віддає холодильнику 300 Дж теплоти.

​

​

​

​

• Розв'язання на наступному слайді

А=500 Дж� Q_х = 300 Дж� η - ?

​

​

• Звідси:
• Отже,

Задача 2

• ККД ідеального теплового двигуна 80%.
• Температура нагрівача 127⁰С
• Визначити температуру холодильника.

​

​

​

​

​

• Розв'язання на наступному слайді

​

η=80%=0,8�Т_н = 127⁰С +273=400К�Т_х – ?

• ККД ідеального теплового двигуна

​

​

​

• Звідси:

​

​