Презентація на тему: "Теплові двигуни.Оборотні та необоротні процеси.Другий закон термодинаміки. К К Д теплових машин. Цикл Карно.Холодильна машина"

Тема: Теплові двигуни. Оборотні та необоротні процеси. Другий закон термодинаміки. Коефіцієнт корисної дії теплових машин. Цикл Карно. Принцип дії холодильної машини. Мета: сформувати поняття про оборотні і необоротні теплові процеси; поглибити знання про теплові двигуни, коефіцієнт корисної дії (ККД);формувати вміння аналізувати ефективність теплових машин за їх ККД; пояснити фізичну суть ІІ-го закону термодинаміки;сформувати знання про теплові і холодильні машини та їхню будову

§39 опрацювати, відповісти на контрольні запитання стор 234 №2,4,5,6,8 Домашнє завдання

Поміркуй Під час будь-яких процесів у замкненій системі повна енергія цієї системи залишається незмінною. Якщо взяти будь-який реальний процес у замкненій системі та подумки змінити його напрям на протилежний, то уявний зворотний процес ніяк не порушуватиме закон збереження енергії та перший закон термодинаміки.

Оборотний процес – це процес, який проходить у прямому і зворотному напрямку, не створюючи змін у навколишньому середовищі, тобто у всіх інших задіяних тілах не відбувається ніяких змін. Необоротний процес – це такий процес, який проходить у прямому і зворотному напрямку, створюючи зміни у навколишньому середовищі. Приклади необоротних процесів перехід тепла від більш нагрітого тіла до менш нагрітого при їх тепловому контакті: дифузія, теплообмін, перетворення механічної енергії у внутрішню. Оборотні та необоротні процеси

Перший закон термодинаміки дає відповідь на запитання про рівність кількостей теплоти, які віддають та приймають тіла при зміні внутрішньої енергії. Відповідь про напрямок передачі дає другий закон термодинаміки Закони термодинаміки

Неможливо передати тепло від більш холодного тіла більш нагрітому. Висновок: не можна створити тепловий двигун другого роду, тобто той, який працює за рахунок охолодження тіла. Другий закон термодинаміки

Другий закон термодинаміки. Р. Клаузіус (1850): неможливо здійснити процес, єдиним результатом якого буде передача тепла від тіла з меншою температурою до тіла з більшою температурою. В. Кельвін (1851): неможливо здійснити періодичний процес, єдиним результатом якого буде виконання роботи за рахунок кількості теплоти, відібраної у якогось тіла.

Тепловий двигун — теплова машина циклічної дії, яка енергію, що виділяється під час згоряння палива, перетворює на механічну роботу. Теплові двигуни. Газ, який виконує механічну роботу в процесі свого розширення, називають робочим тілом. Пристрій, у контакті з яким робоче тіло одержує певну кількість теплоти, називають нагрівником. Об’єкт, у контакті з яким від робочого тіла забирається деяка кількість теплоти, називають холодильником. Принцип роботи теплових двигунів: робоче тіло, одержуючи певну кількість теплоти Q1 від нагрівника, виконує механічну роботу A і передає деяку кількість теплоти Q2 холодильнику

Робоче тіло (пара,газ)виконує механічну роботу. Механізм, в якому виконується робота АНагрівач. Qпалджерело внутрішньої енергії Реактивний двигунтурбіна. ДВЗA=Q1-Q2 Теплові двигуни

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна. Ідеальний тепловий двигун. Коефіцієнт корисної дії η двигуна — фізична величина, яка характеризує економічність теплового двигуна і дорівнює відношенню роботи, виконуваної двигуном за цикл, до кількості теплоти, одержуваної від нагрівника:

Найбільш ефективним є ідеальний тепловий двигун, який працює за циклом, що складається з двох ізотермічних і двох адіабатних процесів – цикл Карно ІІ закон термодинаміки у формулюванні Карно: Будь-яка реальна теплова машина, що працює з нагрівником, який має температуру Tн , і холодильником із температурою Tх , не може мати ККД, який перевищує ККД ідеальної теплової машини.

1такт. Всмоктування. Через впускний клапан циліндр заповнюється очищенним повітрям. Або під тиском заповнює камеру згорання турбонаддув. Об’єм збільшується , тиск зменшується до 0,09 – 0,08 МПа Температура підвищується до 30°С…50°С2 такт. Стиснення. Обидва клапани закриті. Поршень рухається вгору, стискаючи повітря. Об’єм зменшується до 0. Тиск зростає до 3,5…4 Мпа Температура зростає до 600°С…700 °С 3 такт. Робочий хід. Наприкінці такту стиснення через форсунку в циліндр під високим тиском впорскується дрібно розпилене паливо, яке змішується з розігрітим повітрям. Тиск зростає до 6…9 Мпа. Температура підвищується до 1800°С- 2000°С. Паливно- повітряна суміш спалахує і, розширюючись, штовхає поршень униз. Тиск газів зменшується 0,4…0,5 Мпа Температура знижується 700°С-900°С4 такт. Випускання. Відкривається випускний клапан. Поршень рухається вгору і виштовхує відпрацьовані гази з циліндра. Тиск 0,12 Мпа. Температура 400°С…500°С Об’єм зменшується до 0 .

Холодильний пристрій. Холодильний пристрій — це пристрій циклічної дії, який підтримує в холодильній камері температуру нижчу, ніж температура довкілля. Робочим тілом у холодильному пристрої є холодоагент — пара рідини, яка легко випаровується (фреон, суміш етану і метану). Стиснення газу здійснюється компресором, який виконує механічну роботу A за рахунок електроенергії. Принцип роботи холодильного пристрою: робоче тіло розширюється і виконує роботу, одержуючи кількість теплоти Q₂ від холодильної камери, за рахунок роботи A зовнішніх сил робоче тіло стискається, при цьому довкіллю передається кількість теплоти Q₁= Q₂ +A

Робоче тіло -фреон. Фреоном заповнена система конденсатора і випарника. Компресор, який приводиться в дію електродвигуном, відкачує газоподібний фреон з випарника і накачує його в конденсатор. Підчас стискання фреон нагрівається. У конденсаторі, розташованому на задній стінці холодильної шафи, він охолоджується до кімнатної температури. Охолоджений до кімнатної температури за підвищеного тиску,створеного у конденсаторі за допомогою компресора, фреон переходить у рідкий стан. З конденсатора рідкий фреон через капілярну трубку надходить у випарник. Відкачування пари фреону з випарника за допомогою компресора підтримує в ньому знижений тиск. У разі зниженого тиску у випарнику рідкий фреон кипить і випаровується навіть за температури, нижчої від 0 °С. Енергія на випаровування фреону відбирається від стінок випарника, викликаючи охолодження їх. Відкачана пара фреону надходить у кожух компресора, звідки знову іде в конденсатор і т. ін. по замкнутому колу. Принцип дії побутового холодильника.

Холодильний коефіцієнт пристрою. Фізична величина, яка характеризує ефективність роботи холодильного пристрою і дорівнює відношенню кількості теплоти, забраної за цикл від холодильної камери, до роботи зовнішніх сил, називається холодильним коефіцієнтом пристрою: Максимальний холодильний коефіцієнт пристрою. Холодильний коефіцієнт пристрою може бути більшим за одиницю на відміну від ккд теплового двигуна

Якщо трубки теплообмінника винести за межі приміщення, а холодильну камеру залишити відчиненою, то холодильний пристрій забиратиме тепло з приміщення та віддаватиме його довкіллю - це кондиціонер. Якщо трубки теплообмінника залишити в приміщенні, а відчинену холодильну камеру винести за його межі, то холодильний пристрій забиратиме тепло з довкілля і віддаватиме його приміщенню – це тепловий насос.

Бажаю здоров’я та успіхів!