Принцип действия тепловых двигателей.Коэффициент полезного действия тепловых двигателей

Учитель физики высшей категории. Яковлев Юрий Яковлевич1 Одесская специализированная общеобразовательная школа І-ІІІ ступеней № 40, Одесского городского совета, Одесской области Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия тепловых двигателей

Тепловой двигатель — это устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую.𝑃1 𝑃2 𝑃1≠𝑃2 𝑇1 𝑇2 𝑇1>𝑇2 В тепловых двигателях используется повышение внутренней энергии газа, которое достигается при сжигании топлива.

Нагреватель, 𝑇н Холодильник, 𝑇х Рабочее тело𝑄н 𝑄х 𝐴 𝑄н 𝑄х 𝐴 𝐴=𝑄н−𝑄х 𝜂=𝐴𝑄н 𝜂=𝑄н−𝑄х𝑄н 𝜂=1−𝑄х𝑄н 

𝑃, к. Па 𝑉, л 𝑉1 {5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Процесс. Работа. Изменение объёма. Изменение внутренней энергии1 — 2𝐴>0∆𝑉>0∆𝑈<02 — 3𝐴=0∆𝑉=0∆𝑈<03 — 4𝐴<0∆𝑉<0∆𝑈>04 — 1𝐴=0∆𝑉=0∆𝑈>0{5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Процесс. Работа. Изменение объёма. Изменение внутренней энергии1 — 22 — 33 — 44 — 1𝑉2 1 2 3 4 

Цикл Карно. Сади Карно1796 — 1832𝑃, к. Па 𝑉, л 1 2 3 4 Максимальный возможный КПД теплового двигателя:𝜂=𝑇н−𝑇х𝑇н 𝜂=1−𝑇х𝑇н 𝜂=𝑄н−𝑄х𝑄н≤𝑇н−𝑇х𝑇н 

Температура холодильника равна 𝟐𝟎 ℃. Какова должна быть температура нагревателя, чтобы стало возможным достичь значения КПД теплового двигателя, равное 85%? Дано: 𝑇н− ? 𝑇х=20 ℃ СИ𝜂=85% 20 ℃ 293 К 85% Нагреватель, 𝑇н Холодильник, 𝑇х Рабочее тело𝑄н 𝑄х 𝐴 𝜂=𝑇н−𝑇х𝑇н=1−𝑇х𝑇н 𝑇х𝑇н=1−𝜂 𝑇н=𝑇х1−𝜂  𝑇н=2931−0,85 ≈1953 К 

Газ, находящийся под поршнем под давлением 3 атм, получил от нагревателя 600 Дж теплоты. При этом газ изобарно расширился от 1 л до 1,5 л. Найдите коэффициент полезного действия. Дано: 𝜂 − ? 𝑃=3 атм 𝑄н=600 Дж СИ10−3 м3 𝑉1=1 л 𝑉2=1,5 л 3 атм 1,5×10−3 м3 𝑃=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 3×105 Па 1 л 1,5 л 600 Дж 1 л 1,5 л 600 Дж 𝑃=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 

Газ, находящийся под поршнем под давлением 3 атм, получил от нагревателя 600 Дж теплоты. При этом газ изобарно расширился от 1 л до 1,5 л. Найдите коэффициент полезного действия. Дано: 𝜂 − ? 𝑃=3×105 Па 𝑄н=600 Дж 𝑉1=10−3 м3 𝑉2=1,5×10−3 м3 𝑃=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝜂=𝐴𝑄н 𝐴=𝑃∆𝑉 𝜂=𝑃(𝑉2−𝑉1)𝑄н 𝜂=3×105(1,5−1)×10−3600=0,25=25% 1 л 1,5 л 600 Дж 𝑃=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 45 МДж. Если КПД этого двигателя составляет 55%, то, сколько литров бензина было израсходовано на совершение данной работы? Плотность бензина равна 𝟕𝟏𝟎 кгм𝟑. Дано: 𝜂=55% 𝐴=45 МДж СИ0,55 𝜌=710кгм𝟑 𝑉 − ? 4,5×107 Дж 45 МДж 𝐴 55% 710 кг/м3 

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 45 МДж. Если КПД этого двигателя составляет 55%, то, сколько литров бензина было израсходовано на совершение данной работы? Плотность бензина равна 𝟕𝟏𝟎 кгм𝟑. Дано: 𝜂=0,55 𝐴=4,5×107 Дж 𝜌=710кгм𝟑 𝑉 − ? 𝐴 𝜂=𝐴𝑄н 𝑄н=𝑞𝑚 𝜂=𝐴𝑞𝑚 =𝐴𝑞𝜌V  𝑉=𝐴𝑞𝜌𝜂 =4,5×1074,6×107×710×0,55 =0,0025 м3 =2,5 л {3 C2 FFA5 D-87 B4-456 A-9821-1 D502468 CF0 F}Вещество. Удельная теплота сгорания, Дж/кг. Порох3,8×106 Торф8,1×106 Дрова107 Каменный уголь2,7×107 Древесный уголь3,4×107 Природный газ4,4×107 Нефть4,4×107 Бензин4,6×107 Керосин4,6×107 Водород1,2×108{3 C2 FFA5 D-87 B4-456 A-9821-1 D502468 CF0 F}Вещество. Удельная теплота сгорания, Дж/кг. Порох. Торф. Дрова. Каменный уголь. Древесный уголь. Природный газ. Нефть. Бензин. Керосин. Водород

Основные выводы. Тепловой двигатель — это устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую. Коэффициент полезного действия теплового двигателя — это отношение полезной работы, совершенной двигателем к количеству теплоты, полученному от нагревателя:   𝜂=𝐴𝑄н𝜂=𝑄н−𝑄х𝑄н=1−𝑄х𝑄н 

Основные выводы. Максимальное значение КПД для данного теплового двигателя:𝜂=𝑇н−𝑇х𝑇н. КПД любого теплового двигателя не может быть больше единицы:𝜂≤1 

13 Домашнее задание:читать §39 ; решить упр.

14 Физика и труд. Всё перетрут!