Mootori tehtud töö tsükli valem. soojusmootor

Näide. Mootori keskmine veojõud on 882 N. Bensiini kulub 7 kg 100 km kohta. Määrake selle mootori efektiivsus. Otsige esmalt kasulik töö. See on võrdne jõu F korrutisega kaugusega S, mille keha ületab selle mõjul Ап=F∙S. Määrake soojushulk, mis eraldub 7 kg bensiini põletamisel, see on kulutatud töö Аз=Q=q∙m, kus q on kütuse eripõlemissoojus, bensiini puhul on see 42∙10^ 6 J/kg ja m on selle kütuse mass. Mootori kasutegur võrdub kasuteguriga = (F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.

Üldiselt on iga soojusmasina (sisepõlemismootor, aurumasin, turbiin jne), kus töö tehakse gaasiga, kasutegur leida kasutegur, mis võrdub küttekeha poolt eraldatava soojuse vahega. Q1 ja külmiku poolt vastuvõetud Q2, leidke küttekeha ja külmiku soojuse erinevus ning jagage küttekeha soojusega Kasutegur = (Q1-Q2)/Q1. Siin mõõdetakse efektiivsust alamkordades vahemikus 0 kuni 1, et teisendada tulemus protsendiks, korrutada see 100-ga.

Ideaalse soojusmasina (Carnot mootori) kasuteguri saamiseks leidke küttekeha T1 ja jahuti T2 temperatuuride erinevuse suhe küttekeha temperatuuri COP=(T1-T2)/T1. See on maksimaalne võimalik kasutegur konkreetset tüüpi soojusmasina jaoks küttekeha ja külmiku antud temperatuuride juures.

Elektrimootori jaoks leidke kulutatud töö võimsuse ja selle sooritamise aja korrutisena. Näiteks kui kraana elektrimootor võimsusega 3,2 kW tõstab 800 kg koormuse 3,6 m kõrgusele 10 sekundiga, siis on selle kasutegur võrdne kasuliku töö suhtega Ap=m∙g∙h, kus m on koormuse mass, g≈10 m /s² kiirendus vabalangus, h on kõrgus, kuhu koorem tõsteti, ja kulutatud töö Az=P∙t, kus P on mootori võimsus, t on selle tööaeg. Hankige efektiivsuse määramise valem = Ap / Az ∙ 100% = (m ∙ g ∙ h) / (Р ∙ t) ∙ 100% =% = (800 ∙ 10 ∙ 3,6) / (3200 ∙ 10) ∙ 100% = 1 90%.

Seotud videod

Allikad:

• kuidas määrata tõhusust

Tõhusus (efektiivsuse tegur) on mõõtmeteta väärtus, mis iseloomustab töö efektiivsust. Töö on jõud, mis mõjutab protsessi aja jooksul. Energia kulutatakse jõu toimel. Energiat investeeritakse jõusse, jõudu töösse, tööd iseloomustab tulemuslikkus.

Juhend

Efektiivsuse arvutamine otseselt tulemuse saavutamiseks kulutatud energia määramisest. Seda saab väljendada ühikutes, mis on vajalikud energia, jõu, jõu tulemuse saavutamiseks.
Et mitte eksida, on kasulik meeles pidada järgmist diagrammi. Lihtsaim neist sisaldab elementi: "töötaja", energiaallikas, juhtimisseadmed, energia juhtimise ja muundamise viisid ja elemendid. Tulemuse saavutamiseks kulutatud energia on energia, mida kulutab ainult “töövahend”.

Järgmisena määrate kogu süsteemi poolt tulemuse saavutamise protsessis tegelikult kulutatud energia. See tähendab, et mitte ainult "töövahend", vaid ka juhtseadised, energiamuundurid ja kulud peaksid sisaldama energiaradadel hajuvat energiat.

Ja siis arvutate efektiivsuse valemi abil:
K.P.D. = (A / B) * 100%, kus
A – tulemuse saavutamiseks vajalik energia
B on süsteemi poolt tulemuste saavutamiseks reaalselt kulutatud energia Näiteks elektritööriistadele kulus 100 kW, kogu töökoja elektrisüsteem aga 120 kW. Süsteemi (poe energiasüsteem) efektiivsus on sel juhul võrdne 100 kW / 120 kW = 0,83 * 100% = 83%.

Seotud videod

Märge

Sageli kasutatakse efektiivsuse mõistet, hinnates planeeritud energiakulude ja tegelikult kulutatud suhet. Näiteks planeeritud töömahu (või töö tegemiseks kuluva aja) suhe tegelikkuses tehtud töödesse ja kulutatud aega. Siin peaksite olema äärmiselt ettevaatlik. Näiteks plaanisid nad tööle kulutada 200 kW, kuid kulutasid 100 kW. Või plaaniti töö valmis saada 1 tunniga, kuid kulus 0,5 tundi; mõlemal juhul on efektiivsus 200%, mis on võimatu. Tegelikult on sellistel juhtudel, nagu majandusteadlased ütlevad, "Stahanovi sündroom", see tähendab plaani teadlik alahindamine seoses tõesti vajalike kuludega.

Kasulikud nõuanded

1. Peate hindama energiakulusid samades ühikutes.

2. Kogu süsteemi kulutatud energia ei saa olla väiksem kui otseselt tulemuse saavutamiseks kulutatud energia, st kasutegur ei tohi olla suurem kui 100%.

Allikad:

• kuidas energiat arvutada

Vihje 3: kuidas arvutada tankide tõhusust rakenduses World of Tanks

Tanki efektiivsuse või selle efektiivsuse hinnang on üks keerukamaid mängusisese oskuse näitajaid. Seda võetakse arvesse tippklannide, spordimeeskondade ja ettevõtetega liitumisel. Arvutusvalem on üsna keeruline, seetõttu kasutavad mängijad erinevaid veebikalkulaatoreid.

Arvutusvalem

Valem ise on näidatud pildil. See valem sisaldab järgmisi muutujaid:
- R - mängija võitlustõhusus;
- K - hävitatud tankide keskmine arv (fragide koguarv jagatud lahingute koguarvuga):
- L - paagi keskmine tase;
- S - tuvastatud tankide keskmine arv;
- Ddmg – keskmine tekitatud kahju suurus lahingu kohta;
- Ddef - baaskaitsepunktide keskmine arv;
- C - baashõivepunktide keskmine arv.

Saadud numbrite tähendus:
- alla 600 - halb mängija; umbes 6% kõigist mängijatest on sellise efektiivsusega;
- 600 kuni 900 - mängija on alla keskmise; 25% kõigist mängijatest on sellise efektiivsusega;
- 900 kuni 1200 - keskmine mängija; 43% mängijatest on sellise efektiivsusega;
- alates 1200 ja üle selle - tugev mängija; selliseid mängijaid on umbes 25%;
- üle 1800 - ainulaadne mängija; need ei ületa 1%.

Ameerika mängijad kasutavad oma WN6 valemit, mis näeb välja järgmine:
wn6=(1240 – 1040 / (MIN (TIER,6)) ^ 0,164) x FRAGS + KAHJUSTUS x 530 / (184 x e ^ (0,24 x TIER) + 130) + TÄHT x 125 + MIN(DEF,2.2) x 10 + ((185 / (0,17+ e ^ ((WINRATE - 35) x 0,134))) - 500) x 0,45 + (6-MIN(TIER,6)) x 60

Selles valemis:
MIN (TIER,6) - mängija tanki keskmine tase, kui see on üle 6, kasutatakse väärtust 6
FRAGS – keskmine hävitatud tankide arv
TIER – mängija tankide keskmine tase
DAMAGE – keskmine kahju lahingus
MIN (DEF,2,2) - hõivatud põhihõivepunktide keskmine arv, kui väärtus on suurem kui 2,2, kasutatakse 2,2
WINRATE – üldine võidumäär

Nagu näete, ei võta see valem arvesse baashõivepunkte, madala tasemega sõidukite murdude arv, võitude protsent ja esialgse valguse mõju reitingule ei mõjuta reitingut kuigi palju.

Uuenduses tutvustas Wargeiming mängija isikliku soorituse reitingu indikaatorit, mis arvutatakse keerukama valemi abil, mis võtab arvesse kõiki võimalikke statistilisi näitajaid.

Kuidas tõhusust parandada

Kx(350-20xL) valemist on näha, et mida kõrgem on tanki tase, seda vähem saadakse efektiivsuspunkte tankide hävitamise eest, aga rohkem kahjude likvideerimise eest. Seetõttu proovige madala tasemega sõidukitel mängides võtta rohkem frage. Kõrgel tasemel - tehke rohkem kahju (kahju). Saadud või maha löödud baashõivepunktide arv hinnangut eriti ei mõjuta, pealegi saab mahalöödud püüdmispunktide eest rohkem efektiivsuspunkte kui saadud baashõivepunktide eest.

Seetõttu parandab enamik mängijaid oma statistikat madalamatel tasemetel, nn liivakastis mängides. Esiteks enamik mängijaid madalamad tasemed- algajad, kellel puuduvad oskused, ei kasuta oskuste ja võimetega pumbatud meeskonda, ei kasuta lisavarustust, ei tea konkreetse tanki eeliseid ja puudusi.

Sõltumata sellest, millist sõidukit te kasutate, proovige võimalikult palju baasi püüdmise punkte maha lüüa. Rühmalahingud tõstavad oluliselt tõhususe reitingut, kuna rühma mängijad tegutsevad koordineeritult ja saavutavad sagedamini võitu.

Mõiste "tõhusus" on lühend, mis tuleneb väljendist "tõhusus". Väga üldine vaade see näitab kulutatud ressursside ja nende kasutamisega tehtud töö tulemuse suhet.

tõhusust

Üldjoontes võib kasuteguri valemi kirjutada järgmiselt: n = A*100%/Q. Selles valemis kasutatakse sümbolit n tõhususe tähisena, sümbol A tähistab tehtud töö hulka ja Q on kulutatud energia hulk. Samas tuleb rõhutada, et efektiivsuse mõõtühikuks on protsent. Teoreetiliselt on selle koefitsiendi maksimaalne väärtus 100%, kuid praktikas on sellist näitajat peaaegu võimatu saavutada, kuna iga mehhanismi töös esineb teatud energiakadusid.

Mootori efektiivsus

Sisepõlemismootor (ICE), mis on kaasaegse auto mehhanismi üks võtmekomponente, on ka ressursi - bensiini või diislikütuse - kasutamisel põhineva süsteemi variant. Seetõttu on selle jaoks võimalik arvutada efektiivsuse väärtus.

Vaatamata kõigile autotööstuse tehnilistele edusammudele jääb sisepõlemismootorite standardkasutegur üsna madalaks: olenevalt mootori konstrueerimisel kasutatavatest tehnoloogiatest võib see olla 25% kuni 60%. See on tingitud asjaolust, et sellise mootori töö on seotud märkimisväärsete energiakadudega.

Seega tekivad suurimad kaod sisepõlemismootori efektiivsuses jahutussüsteemi töös, mis võtab kuni 40% mootori poolt toodetud energiast. Märkimisväärne osa energiast - kuni 25% - läheb heitgaaside eemaldamise protsessis kaduma, see tähendab, et see viiakse lihtsalt atmosfääri. Lõpuks läheb umbes 10% mootori toodetud energiast sisepõlemismootori erinevate osade vahelise hõõrdumise ületamiseks.

Seetõttu teevad autotööstuses töötavad tehnoloogid ja insenerid märkimisväärseid jõupingutusi mootorite tõhususe parandamiseks, vähendades kadusid kõigis ülaltoodud üksustes. Seega on jahutussüsteemi tööga seotud kadude vähendamisele suunatud disainiarenduse põhisuund seotud katsetega vähendada pindade suurust, mille kaudu soojusülekanne toimub. Kadude vähendamine gaasivahetuse protsessis toimub peamiselt turboülelaaduri abil ning hõõrdumisega seotud kadude vähendamine toimub mootori konstruktsioonis tehnoloogilisemate ja kaasaegsemate materjalide kasutamisega. Ekspertide hinnangul võib nende ja teiste tehnoloogiate kasutamine tõsta sisepõlemismootorite kasuteguri 80% ja kõrgemale tasemele.

Seotud videod

Allikad:

• Sisepõlemismootorist, selle varudest ja arenguperspektiividest spetsialisti pilgu läbi

Mootori töö on järgmine:

Esimest korda käsitles seda protsessi prantsuse insener ja teadlane N. L. S. Carnot 1824. aastal raamatus "Mõtisklused tule liikumapaneva jõu ja masinate kohta, mis on võimelised seda jõudu arendama".

Carnot’ uurimistöö eesmärgiks oli välja selgitada tolleaegsete soojusmasinate ebatäiuslikkuse põhjused (nende kasutegur oli ≤ 5%) ja leida võimalusi nende parandamiseks.

Carnot' tsükkel on kõige tõhusam. Selle efektiivsus on maksimaalne.

Joonisel on kujutatud tsükli termodünaamilised protsessid. Isotermilise paisumise protsessis (1-2) temperatuuril T 1 , töö toimub küttekeha siseenergia muutmise teel, st soojushulga gaasiga varustamisega. K:

A 12 = K 1 ,

Gaasi jahutamine enne kokkusurumist (3-4) toimub adiabaatilise paisumise ajal (2-3). Muutus sisemises energias ΔU 23 adiabaatilises protsessis ( Q = 0) muudetakse täielikult mehaaniliseks tööks:

A 23 = -ΔU 23 ,

Gaasi temperatuur adiabaatilise paisumise tagajärjel (2-3) langeb külmiku temperatuurini. T 2 < T 1 . Protsessis (3-4) surutakse gaas isotermiliselt kokku, kandes soojushulga üle külmkappi Q2:

A 34 = Q 2,

Tsükli lõpetab adiabaatiline kokkusurumine (4-1), mille käigus gaas kuumutatakse temperatuurini T 1.

Ideaalsel gaasil töötavate soojusmasinate efektiivsuse maksimaalne väärtus vastavalt Carnot' tsüklile:

.

Valemi olemus väljendub tõestatud FROM. Carnot’ teoreem, mille kohaselt ei saa ühegi soojusmasina kasutegur ületada küttekeha ja külmiku samal temperatuuril läbi viidud Carnot’ tsükli efektiivsust.

Soojusmootor on mootor, mis teeb tööd soojusenergia allika arvelt.

Soojusenergia ( Q kütteseade) kandub allikast mootorisse, samal ajal kui osa saadud energiast kulutab mootor töö tegemiseks W, kulutamata energia ( Q külmkapp) saadetakse külmkappi, mille rolli saab täita näiteks välisõhu abil. Soojusmasin saab töötada ainult siis, kui külmiku temperatuur on kütteseadme temperatuurist madalam.

Soojusmootori jõudlusteguri (COP) saab arvutada järgmise valemiga: Tõhusus = W/Q ng.

Kasutegur = 1 (100%), kui kogu soojusenergia muundada tööks. Kasutegur=0 (0%), kui soojusenergiat tööks ei muudeta.

Tõelise soojusmasina kasutegur jääb vahemikku 0 kuni 1, mida suurem kasutegur, seda tõhusam mootor.

Q x / Q ng \u003d T x / T ng Tõhusus \u003d 1- (Q x / Q ng) Tõhusus \u003d 1- (T x / T ng)

Arvestades termodünaamika kolmandat seadust, mis ütleb, et absoluutse nulli temperatuuri (T=0K) ei ole võimalik saavutada, võib öelda, et kasutegur=1 soojusmasinat on võimatu välja töötada, kuna T x >0 on alati.

Soojusmasina efektiivsus on seda suurem, mida kõrgem on küttekeha temperatuur ja seda madalam on külmiku temperatuur.

« Füüsika – 10. klass

Mis on termodünaamiline süsteem ja millised parameetrid iseloomustavad selle olekut.
Esitage termodünaamika esimene ja teine ​​seadus.

Just soojusmasinate teooria loomine viis termodünaamika teise seaduse sõnastamiseni.

Sisemise energia varusid maakoores ja ookeanides võib pidada praktiliselt piiramatuteks. Kuid praktiliste probleemide lahendamiseks ei piisa energiavarude olemasolust. Samuti on vaja energiat kasutada tehastes, transpordivahendites, traktorites ja muudes masinates tööpinkide liikuma panemiseks, elektrivoolugeneraatorite rootorite pöörlemiseks jne. Inimkond vajab mootoreid - töövõimelisi seadmeid. Enamik mootoreid Maal on soojusmasinad.

Soojusmootorid- Need on seadmed, mis muudavad kütuse siseenergia mehaaniliseks tööks.

Soojusmasinate tööpõhimõte.

Selleks, et mootor töötaks, on vaja rõhkude erinevust mõlemal pool mootori kolvi või turbiini labasid. Kõigis soojusmootorites saavutatakse see rõhuerinevus temperatuuri tõstmisega töötav keha(gaas) sadu või tuhandeid kraadi võrra kõrgemal temperatuuril keskkond. See temperatuuri tõus toimub kütuse põlemisel.

Mootori üks peamisi osi on liigutatava kolviga gaasiga täidetud anum. Kõigi soojusmasinate töövedelik on gaas, mis paisumisel töötab. Tähistame töövedeliku (gaasi) algtemperatuuri läbi T 1 . See temperatuur auruturbiinides või masinates saadakse auruga aurukatlas. Sisepõlemismootorites ja gaasiturbiinides toimub temperatuuri tõus kütuse põletamisel mootori enda sees. Temperatuuri T 1 nimetatakse küttekeha temperatuur.

Külmiku roll

Töö tegemisel kaotab gaas energiat ja paratamatult jahtub teatud temperatuurini T 2, mis on tavaliselt mõnevõrra kõrgem ümbritseva õhu temperatuurist. Nad kutsuvad teda külmiku temperatuur. Külmik on atmosfäär või spetsiaalsed seadmed heitgaasi auru jahutamiseks ja kondenseerimiseks - kondensaatorid. Viimasel juhul võib külmiku temperatuur olla ümbritsevast veidi madalam.

Seega ei saa töövedelik mootoris paisumisel anda kogu oma sisemist energiat töö tegemiseks. Osa soojusest kandub paratamatult jahutisse (atmosfääri) koos heitgaaside või sisepõlemismootorite ja gaasiturbiinide heitgaasidega.

See osa kütuse siseenergiast läheb kaotsi. Soojusmasin teeb tööd tänu töövedeliku sisemisele energiale. Veelgi enam, selles protsessis kandub soojus kuumematelt kehadelt (küttekeha) külmematesse (külmik). Soojusmasina skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 13.13.

Mootori töövedelik võtab kütuse põlemisel küttekehast vastu soojushulga Q 1, teeb tööd A ja kannab soojushulga üle külmkappi. Q2< Q 1 .

Mootori pidevaks tööks on vaja töövedelik viia tagasi algolekusse, mille juures töövedeliku temperatuur on võrdne T 1 . Sellest järeldub, et mootor töötab perioodiliselt korduvate suletud protsesside või, nagu öeldakse, tsükli järgi.

Tsükkel on protsesside jada, mille tulemusena naaseb süsteem algolekusse.

Soojusmasina jõudlustegur (COP).

Gaasi siseenergia täieliku muundamise võimatus soojusmasinate tööks on tingitud looduses toimuvate protsesside pöördumatusest. Kui külmikust saaks soojust spontaanselt kerisesse tagasi pöörduda, siis sisemise energia saaks mis tahes soojusmasina abil täielikult kasulikuks tööks muuta. Termodünaamika teist seadust saab sõnastada järgmiselt:

Termodünaamika teine ​​seadus:
võimatu on luua teist tüüpi igiliikurit, mis muudaks soojuse täielikult mehaaniliseks tööks.

Vastavalt energia jäävuse seadusele on mootori töö:

A" \u003d Q 1 - | Q 2 |, (13.15)

kus Q 1 - küttekehast saadud soojushulk ja Q2 - külmikusse antud soojushulk.

Soojusmasina jõudluskoefitsient (COP) on mootori töö A " ja kütteseadmest saadava soojushulga suhe:

Kuna kõigis mootorites kantakse külmkappi mingi hulk soojust, siis η< 1.

Soojusmasinate efektiivsuse maksimaalne väärtus.

Termodünaamika seadused võimaldavad arvutada kütteseadmega, mille temperatuur on T 1, ja külmikuga, mille temperatuur on T 2, töötava soojusmasina maksimaalse võimaliku efektiivsuse ning määrata ka selle suurendamise viise.

Esmakordselt arvutas soojusmasina maksimaalse võimaliku kasuteguri välja prantsuse insener ja teadlane Sadi Carnot (1796-1832) oma töös “Mõtisklused tule liikumapaneva jõu ja seda jõudu arendavate masinate kohta” (1824). ).

Carnot tuli välja ideaalse soojusmasinaga, mille töövedelikuks oli ideaalne gaas. Ideaalne Carnot’ soojusmasin töötab tsüklis, mis koosneb kahest isotermist ja kahest adiabaadist ning neid protsesse peetakse pöörduvateks (joon. 13.14). Esiteks viiakse gaasiga anum kontakti küttekehaga, gaas paisub isotermiliselt, tehes positiivset tööd, temperatuuril T 1, samal ajal kui ta saab soojushulga Q 1 .

Seejärel anum soojusisoleeritakse, gaas jätkab paisumist juba adiabaatiliselt, samal ajal kui selle temperatuur langeb külmiku temperatuurini T 2 . Pärast seda viiakse gaas kokku külmikuga, isotermilisel kokkusurumisel eraldab see külmikusse soojushulga Q 2, surudes kokku mahuni V 4< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:

Nagu tuleneb valemist (13.17), on Carnot masina efektiivsus otseselt võrdeline küttekeha ja külmiku absoluutsete temperatuuride erinevusega.

Selle valemi peamine tähendus on see, et see näitab tõhususe suurendamise viisi, selleks on vaja tõsta küttekeha temperatuuri või alandada külmiku temperatuuri.

Ükski tegelik soojusmasin, mis töötab kütteseadmega, mille temperatuur on T 1, ja külmikuga, mille temperatuur on T 2, ei saa ületada ideaalse soojusmasina efektiivsust: Protsessid, mis moodustavad tõelise soojusmasina tsükli, ei ole pöörduvad.

Valem (13.17) annab soojusmasinate kasuteguri maksimaalse väärtuse teoreetilise piiri. See näitab, et soojusmasin on tõhusam, mida suurem on temperatuuride erinevus küttekeha ja külmiku vahel.

Ainult külmiku temperatuuril, mis on võrdne absoluutse nulliga, η = 1. Lisaks on tõestatud, et valemiga (13.17) arvutatud kasutegur ei sõltu tööainest.

Kuid külmiku temperatuur, mille rolli mängib tavaliselt atmosfäär, ei saa praktiliselt olla madalam kui ümbritseva õhu temperatuur. Saate tõsta küttekeha temperatuuri. Kuid igal materjalil (tahke keha) on piiratud kuumakindlus või kuumakindlus. Kuumutamisel kaotab see järk-järgult oma elastsed omadused ja kui piisavalt kõrge temperatuur sulab.

Nüüd on inseneride peamised jõupingutused suunatud mootorite efektiivsuse suurendamisele, vähendades nende osade hõõrdumist, mittetäieliku põlemise tõttu tekkivaid kütusekadusid jne.

Auruturbiini puhul on auru alg- ja lõpptemperatuurid ligikaudu järgmised: T 1 - 800 K ja T 2 - 300 K. Nendel temperatuuridel on maksimaalne efektiivsus 62% (arvestage, et efektiivsust mõõdetakse tavaliselt protsentides). Erinevatest energiakadudest tulenev efektiivsuse tegelik väärtus on ligikaudu 40%. Diiselmootoritel on maksimaalne kasutegur - umbes 44%.

Keskkonnakaitse.

Seda on raske ette kujutada kaasaegne maailm ilma soojusmasinateta. Nad pakuvad meile mugavat elu. Soojusmootorid juhivad sõidukeid. Umbes 80% elektrist toodetakse vaatamata tuumaelektrijaamade olemasolule soojusmasinate abil.

Soojusmasinate töötamise ajal tekib aga vältimatu keskkonnasaaste. See on vastuolu: ühelt poolt vajab inimkond iga aastaga aina rohkem energiat, millest põhiosa saadakse kütuse põletamisel, teisalt kaasneb põlemisprotsessidega paratamatult ka keskkonna saastamine.

Kütuse põletamisel hapnikusisaldus atmosfääris väheneb. Lisaks moodustavad põlemissaadused ise elusorganismidele kahjulikke keemilisi ühendeid. Saaste ei esine mitte ainult maapinnal, vaid ka õhus, kuna iga lennuki lennuga kaasneb kahjulike lisandite eraldumine atmosfääri.

Mootorite töö üheks tagajärjeks on süsinikdioksiidi teke, mis neelab Maa pinnalt infrapunakiirgust, mis toob kaasa atmosfääri temperatuuri tõusu. See on nn kasvuhooneefekt. Mõõtmised näitavad, et atmosfääri temperatuur tõuseb 0,05 °C aastas. Selline pidev temperatuuri tõus võib põhjustada jää sulamist, mis omakorda toob kaasa veetaseme muutuse ookeanides ehk mandrite üleujutuse.

Soojusmootorite kasutamisel märgime veel ühe negatiivse punkti. Niisiis kasutatakse mõnikord jõgede ja järvede vett mootorite jahutamiseks. Seejärel suunatakse kuumutatud vesi tagasi. Veekogude temperatuuri tõus rikub looduslikku tasakaalu, seda nähtust nimetatakse soojusreostuseks.

Keskkonna kaitsmiseks kasutatakse laialdaselt erinevaid puhastusfiltreid, mis takistavad kahjulike ainete atmosfääri paiskamist, ning täiustatakse mootorite konstruktsioone. Pidevalt täiustatakse nii kütust, mis annab põlemisel vähem kahjulikke aineid, kui ka selle põletamise tehnoloogiat. Aktiivselt arendatakse alternatiivseid energiaallikaid, mis kasutavad tuult, päikesekiirgust ja tuumaenergiat. Elektrisõidukeid ja päikeseenergial töötavaid sõidukeid juba toodetakse.

Käesoleva tunni teemaks on üsna spetsiifilistes ja mitte abstraktsetes, nagu eelmistes tundides, toimuvate protsesside käsitlemine seadmetes - soojusmootorites. Defineerime sellised masinad, kirjeldame nende põhikomponente ja tööpõhimõtet. Ka selles tunnis käsitletakse kasuteguri leidmise küsimust – soojusmootorite kasutegur, nii tegelik kui ka maksimaalne võimalik.

Teema: Termodünaamika alused
Õppetund: Soojusmasina tööpõhimõte

Viimase tunni teemaks oli termodünaamika esimene seadus, mis pani paika seose teatud osale gaasile üle kantud soojushulga ja selle gaasi paisumisel tehtava töö vahel. Ja nüüd on aeg öelda, et see valem pakub huvi mitte ainult mõnede teoreetiliste arvutuste jaoks, vaid ka täielikult praktilise rakendamise, sest gaasi töö pole midagi muud kui kasulik töö, mida me soojusmootoreid kasutades ammutame.

Definitsioon. soojusmootor- seade, milles kütuse siseenergia muudetakse mehaaniliseks tööks (joon. 1).

Riis. 1. Erinevad soojusmasinate näited (), ()

Nagu jooniselt näha, on soojusmootorid mis tahes seadmed, mis töötavad ülaltoodud põhimõttel ja mis ulatuvad uskumatult lihtsast kuni väga keeruka konstruktsioonini.

Kõik soojusmasinad on eranditult jagatud kolmeks komponendiks (vt joonis 2):

• Kütteseade
• töötav keha
• Külmkapp

Riis. 2. Soojusmasina talitlusskeem ()

Kütteseade on kütuse põlemisprotsess, mis põletamisel kandub üle suur hulk soojendage gaasi, kuumutades seda kõrgete temperatuurideni. Kuum gaas, mis on töövedelik, paisub temperatuuri ja sellest tulenevalt rõhu tõusu tõttu tööd tehes. Muidugi, kuna mootori korpuse, välisõhu jms puhul toimub alati soojusülekanne, ei võrdu töö arvuliselt ülekantava soojusega - osa energiast läheb külmkappi, milleks reeglina on keskkond.

Lihtsaim viis on ette kujutada protsessi toimuvat lihtsas silindris liikuva kolvi all (näiteks sisepõlemismootori silinder). Loomulikult, et mootor töötaks ja oleks mõttekas, peab protsess toimuma tsükliliselt, mitte ühekordselt. See tähendab, et pärast iga paisumist peab gaas pöörduma tagasi oma algasendisse (joonis 3).

Riis. 3. Näide soojusmasina tsüklilisest tööst ()

Selleks, et gaas saaks oma algasendisse tagasi, on vaja sellega mingit tööd teha (välisjõudude töö). Ja kuna gaasi töö on võrdne vastupidise märgiga gaasi tööga, siis selleks, et gaas teeks kogu tsükli jooksul positiivset tööd (muidu poleks mootoril mõtet), on vaja et välisjõudude töö oleks väiksem kui gaasi töö. See tähendab, et tsüklilise protsessi graafik P-V koordinaatides peaks välja nägema järgmine: päripäeva möödasõiduga suletud ahel. Kell see tingimus gaasi töö (graafiku lõigus, kus ruumala suureneb) on suurem kui töö gaasil (lõigus, kus ruumala väheneb) (joonis 4).

Riis. 4. Näide soojusmasinas toimuva protsessi graafikust

Kuna me räägime teatud mehhanismist, on hädavajalik öelda, milline on selle tõhusus.

Definitsioon. Soojusmasina kasutegur (jõudluskoefitsient).- töövedeliku poolt tehtud kasuliku töö suhe kerisest kehasse ülekantavasse soojushulgasse.

Kui võtta arvesse energiasäästu: küttekehast lahkunud energia ei kao kuhugi - osa sellest eemaldatakse tööna, ülejäänu läheb külmkappi:

Saame:

See on efektiivsuse avaldis osades, kui on vaja saada kasuteguri väärtus protsentides, tuleb saadud arv korrutada 100-ga. SI mõõtesüsteemis on efektiivsus dimensioonita väärtus ja nagu on näha valem, ei tohi olla rohkem kui üks (või 100).

Samuti tuleks öelda, et seda väljendit nimetatakse tegelikuks kasuteguriks või tõelise soojusmasina (soojusmasina) kasutegur. Kui eeldame, et meil õnnestub mingil moel mootori konstruktsioonivigadest täielikult vabaneda, siis saame ideaalse mootori ja selle kasutegur arvutatakse ideaalse soojusmasina kasuteguri valemi järgi. Selle valemi koostas prantsuse insener Sadi Carnot (joonis 5):