Презентація "Принцип дії теплових двигунів "

Принцип дії теплових двигунів . Холодильна машина

Протягом тисячоліть використовувалися механізми, які суттєво полегшували фізичні навантаження на людину. Однак до кінця XVIII ст. величезний запас енергії, що міститься всередині різних видів палива, був практично не затребуваний. І тільки завдяки відкриттям, зробленим у термодинаміці, з'явилися теплові машини — пристрої, які перетворюють внутрішню енергію на механічну роботу.

Процеси, які можуть самочинно відбуватися тільки в одному напрямку, називають необоротними процесами. Необоротність процесів у природі відображає другий закон (начало) термодинаміки, який має кілька еквівалентних формулювань. Наприклад, у формулюванні німецького фізика та математика Рудольфа Клаузіуса він звучить так: Неможливим є процес, єдиний результат якого — передача енергії у формі теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого .

Тепло довільно передається тільки від більш нагрітого тіла до менш нагрітого, при цьому з іншими тілами жодних змін не відбувається. Зворотний процес теж можливий, але результат не буде єдиним. Наприклад, у холодильному пристрої тепло передається від менш нагрітої холодильної камери до теплішого навколишнього повітря, але при цьому витрачається електрична енергія.: Англійський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін) дав у 1851 р. таке формулювання другого закону (начала) термодинаміки: Неможливим є періодичний процес, єдиний результат якого — виконання тілом механічної роботи за рахунок зменшення його внутрішньої енергії

Процеси, які не суперечать ані першому, ані другому законам термодинаміки, відбуваються в теплових машинах. Тепловий двигун — теплова машина циклічної дії, яка енергію, що виділяється під час згоряння палива, перетворює на механічну роботу.

Механічну роботу у двигуні виконує газ, який, розширюючись, тисне на поршень. Газ, який виконує механічну роботу в процесі свого розширення, називають робочим тілом. Щоб газ міг штовхати поршень, необхідно, щоб тиск під поршнем був більшим за зовнішній тиск. Таке підвищення тиску досягається за рахунок збільшення температури робочого тіла. Пристрій, у контакті з яким робоче тіло одержує певну кількість теплоти, називають нагрівником.

Робоче тіло не може нескінченно розширюватися. Для безперервної роботи двигуна необхідно, щоб поршень повертався у початкове положення. Газ при цьому буде стискатися, виконуючи від’ємну роботу. Щоб у цілому за цикл робота газу була додатною, тиск, а отже, і температура газу під час стиснення мають бути меншими, ніж тиск і температура під час розширення , тобто газ потрібно охолоджувати. Об’єкт, у контакті з яким від робочого тіла береться деяка кількість теплоти, називають холодильником. У ході циклічного процесу газ повертається у вихідний стан. Якщо розширення газу (ділянка 1 а2) відбувається за більшого тиску, ніж стиснення (ділянка 2б1), то сумарна робота за цикл є додатною (ця робота відповідає площі фігури 1а2б1)

Внутрішня енергія робочого тіла за цикл не змінюється (внутрішня енергія — функція стану, а після закінчення циклу газ повертається у вихідний стан), тому згідно з першим законом термодинаміки робота А, яку виконує газ за цикл, дорівнює: A = Q1 - Q2, де Q1 — кількість теплоти, одержана від нагрівника; Q2 — кількість теплоти, віддана холодильнику. Чим менше тепла віддається холодильнику (втрачається), тим більшим є ККД теплового двигуна. 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:

Аналізуючи роботу теплових двигунів, французький інженер Саді Карно (1796-1832) у 1824 р. дійшов висновку, що найбільш ефективним (із максимально можливим ККД ηmах) є так званий ідеальний тепловий двигун, який працює за циклом, що складається з двох ізотермічних і двох адіабатних процесів . Карно довів, що ККД такого двигуна дорівнює: Тн — температура нагрівника; Тх — температура холодильника.

Будь-яка реальна теплова машина, що працює з нагрівником, який має температуру Тн, і холодильником із температурою Тх, не може мати ККД, який перевищує ККД ідеальної теплової машини. Цикл Карно: 1-2 — ізотермічне розширення за температури Тн, робоче тіло одержує теплоту Q1; 2-3 — адіабатне розширення, зменшення температури до Тх, теплообміну немає; 3-4 — ізотермічне стиснення за температури Тх, робоче тіло віддає теплоту Q2; 4-1 — адіабатне стиснення, збільшення температури до Тн

Холодильний пристрій — це пристрій циклічної дії, який підтримує в холодильній камері температуру нижчу, ніж температура довкілля.

принцип роботи чотиритактного дизельного двигуна

Підбиваємо підсумки• Усі макроскопічні процеси в природі мають певний напрямок, і в зворотному напрямку вони довільно відбуватися не можуть. Процеси, які можуть самочинно відбуватися тільки в одному напрямку, називають необоротними. Необоротність процесів у природі відбиває другий закон (начало) термодинаміки, який можна сформулювати так: неможливим є періодичний процес, єдиний результат якого — виконання тілом механічної роботи за рахунок зменшення його внутрішньої енергії.• Тепловий двигун — теплова машина циклічної дії, яка енергію, що виділяється при згорянні палива, перетворює на механічну роботу. Будь-який тепловий двигун має три частини: нагрівник, робоче тіло, холодильник.• Холодильний пристрій — пристрій циклічної дії, який підтримує в холодильній камері температуру нижчу, ніж температура довкілля.