Modul de lucru efectuat de motor pe ciclu. motor termic

Exemplu. Forța medie de tracțiune a motorului este de 882 N. Consumă 7 kg de benzină la 100 km. Determinați eficiența motorului său. Găsiți mai întâi un loc de muncă util. Este egal cu produsul forței F cu distanța S, depășită de corpul sub influența sa Ап=F∙S. Determinați cantitatea de căldură care va fi eliberată la arderea a 7 kg de benzină, aceasta va fi munca cheltuită Аз=Q=q∙m, unde q este căldura specifică de ardere a combustibilului, pentru benzină este 42∙10^ 6 J/kg, iar m este masa acestui combustibil. Eficiența motorului va fi egală cu randamentul=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.

În cazul general, pentru a găsi randamentul oricărui motor termic (motor cu ardere internă, motor cu abur, turbină etc.), unde munca este efectuată cu gaz, are o eficiență egală cu diferența de căldură degajată de încălzitorul Q1 și primit de frigider Q2, găsiți diferența de căldură a încălzitorului și frigiderului și împărțiți la căldura încălzitorului Eficiență = (Q1-Q2)/Q1. Aici, eficiența este măsurată în submultipli de la 0 la 1, pentru a converti rezultatul într-un procent, înmulțiți-l cu 100.

Pentru a obține eficiența unui motor termic ideal (motor Carnot), găsiți raportul dintre diferența de temperatură dintre încălzitorul T1 și răcitorul T2 și temperatura încălzitorului COP=(T1-T2)/T1. Aceasta este eficiența maximă posibilă pentru un anumit tip de motor termic cu temperaturi date ale încălzitorului și frigiderului.

Pentru un motor electric, găsiți munca cheltuită ca produsul dintre putere și timpul în care este efectuat. De exemplu, dacă un motor de macara cu o putere de 3,2 kW ridică o sarcină de 800 kg la o înălțime de 3,6 m în 10 s, atunci randamentul său este egal cu raportul muncă utilă Ap=m∙g∙h, unde m este masa sarcinii, accelerația g≈10 m/s² cădere liberă, h este înălțimea la care a fost ridicată sarcina și lucrul consumat Az=P∙t, unde P este puterea motorului, t este timpul de funcționare a acestuia. Obțineți formula pentru determinarea eficienței = Ap / Az ∙ 100% = (m ∙ g ∙ h) / (Р ∙ t) ∙ 100% =% = (800 ∙ 10 ∙ 3,6) / (3200 ∙ 10) ∙ 100 ∙ 90%.

Videoclipuri similare

Surse:

• cum să determinați eficiența

Eficiența (factorul de eficiență) este o valoare adimensională care caracterizează eficiența muncii. Munca este o forță care afectează un proces în timp. Energia este cheltuită în acțiunea forței. Energia este investită în forță, puterea este investită în muncă, munca este caracterizată de eficiență.

Instruire

Calculul eficienței din determinarea energiei cheltuite direct pentru a obține rezultatul. Poate fi exprimat în unități necesare pentru a obține rezultatul de energie, forță, putere.
Pentru a nu greși, este util să aveți în vedere următoarea diagramă. Cel mai simplu include elementul: „lucrător”, sursă de energie, comenzi, căi și elemente de conducere și conversie a energiei. Energia cheltuită pentru obținerea rezultatului este energia cheltuită doar de „unealta de lucru”.

În continuare, determinați energia efectiv cheltuită de întregul sistem în procesul de obținere a rezultatului. Adică nu doar un „instrument de lucru”, ci și controale, convertoare de energie, precum și costurile ar trebui să includă energia disipată în căile energetice.

Și apoi calculați eficiența folosind formula:
K.P.D. = (A / B) * 100%, unde
A - energia necesară pentru a obține rezultatul
B este energia efectiv cheltuită de sistem pentru a obține rezultate.De exemplu: 100 kW au fost cheltuiți pentru lucrul cu scule electrice, în timp ce întregul sistem de alimentare al atelierului a consumat 120 kW în acest timp. Eficiența sistemului (sistemul energetic magazin) în acest caz va fi egală cu 100 kW / 120 kW = 0,83 * 100% = 83%.

Videoclipuri similare

Notă

Adesea se folosește conceptul de eficiență, evaluând raportul dintre costurile planificate de energie și cheltuielile efective. De exemplu, raportul dintre cantitatea de muncă planificată (sau timpul necesar pentru finalizarea lucrării) la munca efectivă efectuată și timpul petrecut. Aici ar trebui să fii extrem de atent. De exemplu, au plănuit să cheltuiască 200 kW pe muncă, dar au cheltuit 100 kW. Sau au plănuit să finalizeze lucrarea în 1 oră, dar au petrecut 0,5 ore; în ambele cazuri, eficiența este de 200%, ceea ce este imposibil. De fapt, în astfel de cazuri, după cum spun economiștii, există un „sindrom Stahanov”, adică o subestimare conștientă a planului în raport cu costurile cu adevărat necesare.

Sfat util

1. Trebuie să evaluați costurile cu energie în aceleași unități.

2. Energia cheltuită de întregul sistem nu poate fi mai mică decât energia cheltuită direct pentru obținerea rezultatului, adică eficiența nu poate fi mai mare de 100%.

Surse:

• cum se calculează energia

Sfat 3: Cum se calculează eficiența rezervorului în World of Tanks

Evaluarea eficienței unui tanc sau a eficienței acestuia este unul dintre indicatorii complexi ai abilității în joc. Este luat în considerare atunci când vă alăturați clanurilor de top, echipelor de esports și companiilor. Formula de calcul este destul de complicată, așa că jucătorii folosesc diverse calculatoare online.

Formula de calcul

Formula în sine este prezentată în imagine. Această formulă conține următoarele variabile:
- R - eficacitatea în luptă a jucătorului;
- K - numărul mediu de tancuri distruse (numărul total de fragmente împărțit la numărul total de bătălii):
- L - nivelul mediu al rezervorului;
- S - numărul mediu de rezervoare detectate;
- Ddmg - valoarea medie a daunelor cauzate pe bătălie;
- Ddef - numărul mediu de puncte de apărare a bazei;
- C - numărul mediu de puncte de captură de bază.

Semnificația numerelor primite:
- mai puțin de 600 - un jucător rău; aproximativ 6% dintre toți jucătorii au o astfel de eficiență;
- de la 600 la 900 - jucătorul este sub medie; 25% din toți jucătorii au o astfel de eficiență;
- de la 900 la 1200 - un jucător mediu; 43% dintre jucători au o astfel de eficiență;
- de la 1200 și peste - un jucător puternic; astfel de jucători sunt aproximativ 25%;
- peste 1800 - un jucător unic; acestea nu sunt mai mult de 1%.

Jucătorii americani își folosesc formula WN6, care arată astfel:
wn6=(1240 – 1040 / (MIN (NIVEL,6)) ^ 0,164) x FRAGS + DAUNE x 530 / (184 x e ^ (0,24 x TIER) + 130) + SPOT x 125 + MIN(DEF,2,2) x 100 + ((185 / (0,17+ e ^ ((CÂȘTIREA - 35) x 0,134))) - 500) x 0,45 + (6-MIN(NIVEL,6)) x 60

In aceasta formula:
MIN (TIER,6) - nivelul mediu al rezervorului jucătorului, dacă este mai mare de 6, se folosește valoarea 6
FRAGS - numărul mediu de tancuri distruse
TIER - nivelul mediu al tancurilor jucătorului
DAUNE - daune medii în luptă
MIN (DEF,2,2) - numărul mediu de puncte de captură de bază capturate, dacă valoarea este mai mare de 2,2, se utilizează 2,2
WINRATE - rata generală de câștig

După cum puteți vedea, această formulă nu ia în considerare punctele de captură de bază, numărul de fragmente pe vehiculele de nivel scăzut, procentul de victorii și influența luminii inițiale asupra ratingului nu afectează foarte mult ratingul.

Într-o actualizare, Wargeiming a introdus indicatorul de evaluare personală a performanței unui jucător, care este calculat folosind o formulă mai complexă care ia în considerare toți indicatorii statistici posibili.

Cum să îmbunătățiți eficiența

Din formula Kx(350-20xL) se poate observa că cu cât nivelul rezervorului este mai mare, cu atât se obțin mai puține puncte de eficiență pentru distrugerea tancurilor, dar mai multe pentru a provoca daune. Prin urmare, atunci când jucați pe vehicule de nivel scăzut, încercați să luați mai multe fragmente. La un nivel înalt - faceți mai multe daune (daune). Numărul de puncte de captură de bază primite sau deprimate nu afectează foarte mult ratingul, în plus, pentru punctele de captură depășite se acordă mai multe puncte de eficiență decât pentru punctele de captură de bază primite.

Prin urmare, majoritatea jucătorilor își îmbunătățesc statisticile jucând la niveluri inferioare, în așa-numitul sandbox. În primul rând, majoritatea jucătorilor niveluri inferioare- începători care nu au abilități, nu folosesc un echipaj pompat cu abilități și abilități, nu folosesc echipamente suplimentare, nu cunosc avantajele și dezavantajele unui anumit rezervor.

Indiferent de vehiculul pe care îl folosiți, încercați să doborâți cât mai multe puncte de captură de bază posibil. Luptele de pluton cresc foarte mult ratingul de eficiență, deoarece jucătorii din pluton acționează într-o manieră coordonată și obțin victoria mai des.

Termenul „eficiență” este o abreviere derivată din expresia „eficiență”. În chiar vedere generala reprezintă raportul dintre resursele cheltuite și rezultatul muncii prestate cu utilizarea lor.

eficienţă

În termeni generali, formula eficienței poate fi scrisă astfel: n = A*100%/Q. În această formulă, simbolul n este folosit ca desemnare a eficienței, simbolul A reprezintă cantitatea de muncă efectuată și Q este cantitatea de energie cheltuită. În același timp, trebuie subliniat faptul că unitatea de măsură a eficienței este procentul. Teoretic, valoarea maximă a acestui coeficient este de 100%, dar în practică este aproape imposibil să se realizeze un astfel de indicator, deoarece anumite pierderi de energie sunt prezente în funcționarea fiecărui mecanism.

Eficiența motorului

Motorul cu ardere internă (ICE), care este una dintre componentele cheie ale mecanismului unei mașini moderne, este, de asemenea, o variantă a unui sistem bazat pe utilizarea unei resurse - benzină sau motorină. Prin urmare, este posibil să se calculeze valoarea eficienței pentru acesta.

În ciuda tuturor realizărilor tehnice ale industriei auto, eficiența standard a motoarelor cu ardere internă rămâne destul de scăzută: în funcție de tehnologiile utilizate în proiectarea motorului, poate fi de la 25% la 60%. Acest lucru se datorează faptului că funcționarea unui astfel de motor este asociată cu pierderi semnificative de energie.

Astfel, cele mai mari pierderi in randamentul motorului cu ardere interna se produc in functionarea sistemului de racire, care consuma pana la 40% din energia generata de motor. O parte semnificativă a energiei - până la 25% - se pierde în procesul de îndepărtare a gazelor de eșapament, adică este pur și simplu transportată în atmosferă. În cele din urmă, aproximativ 10% din energia generată de motor este destinată depășirii frecării dintre diferitele părți ale motorului cu ardere internă.

Prin urmare, tehnologii și inginerii angajați în industria auto depun eforturi semnificative pentru a îmbunătăți eficiența motoarelor prin reducerea pierderilor în toate elementele de mai sus. Astfel, direcția principală a dezvoltărilor de proiectare care vizează reducerea pierderilor legate de funcționarea sistemului de răcire este asociată cu încercările de a reduce dimensiunea suprafețelor prin care are loc transferul de căldură. Reducerea pierderilor în procesul de schimb de gaze se realizează în principal folosind un sistem de turboalimentare și reducerea pierderilor asociate cu frecarea - prin utilizarea unor materiale mai avansate și mai moderne din punct de vedere tehnologic în proiectarea motorului. Potrivit experților, utilizarea acestor tehnologii și a altor tehnologii poate crește eficiența motoarelor cu ardere internă la nivelul de 80% și mai mult.

Videoclipuri similare

Surse:

• Despre motorul cu ardere internă, rezervele sale și perspectivele de dezvoltare prin ochii unui specialist

Lucrul efectuat de motor este:

Acest proces a fost luat în considerare pentru prima dată de inginerul și omul de știință francez N. L. S. Carnot în 1824 în cartea Reflections on the drive force of fire and on machines capabil to develop this force.

Scopul cercetărilor lui Carnot a fost acela de a afla motivele imperfecțiunii motoarelor termice de atunci (aveau o eficiență ≤ 5%) și de a găsi modalități de îmbunătățire a acestora.

Ciclul Carnot este cel mai eficient dintre toate. Eficiența sa este maximă.

Figura prezintă procesele termodinamice ale ciclului. În procesul de dilatare izotermă (1-2) la o temperatură T 1 , munca se realizează prin modificarea energiei interne a încălzitorului, adică prin furnizarea cantității de căldură gazului Q:

A 12 = Q 1 ,

Răcirea gazului înainte de comprimare (3-4) are loc în timpul expansiunii adiabatice (2-3). Schimbarea energiei interne ΔU 23 într-un proces adiabatic ( Q=0) este complet transformată în lucru mecanic:

A 23 = -ΔU 23 ,

Temperatura gazului ca urmare a expansiunii adiabatice (2-3) scade la temperatura frigiderului T 2 < T 1 . În procesul (3-4), gazul este comprimat izotermic, transferând cantitatea de căldură la frigider Q2:

A 34 = Q 2,

Ciclul este finalizat prin procesul de compresie adiabatică (4-1), în care gazul este încălzit la o temperatură T 1.

Valoarea maximă a eficienței motoarelor termice care funcționează pe gaz ideal, conform ciclului Carnot:

.

Esența formulei este exprimată în dovedit DIN. Teorema lui Carnot conform căreia randamentul oricărui motor termic nu poate depăși eficiența ciclului Carnot efectuat la aceeași temperatură a încălzitorului și a frigiderului.

Un motor termic este un motor care efectuează lucrări în detrimentul unei surse de energie termică.

Energie termală ( încălzitor Q) de la sursă este transferată la motor, în timp ce o parte din energia primită motorul o cheltuiește pentru a lucra W, energie necheltuită ( Q frigider) este trimis la un frigider, al cărui rol poate fi îndeplinit, de exemplu, de aerul ambiant. Motorul termic poate funcționa numai dacă temperatura frigiderului este mai mică decât temperatura încălzitorului.

Coeficientul de performanță (COP) al unui motor termic poate fi calculat prin formula: Eficiență = W/Q ng.

Eficiență = 1 (100%) dacă toată energia termică este transformată în muncă. Eficiență=0 (0%) dacă nu se transformă energia termică în lucru.

Eficiența unui motor termic real se află în intervalul de la 0 la 1, cu cât eficiența este mai mare, cu atât motorul este mai eficient.

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

Ținând cont de cea de-a treia lege a termodinamicii, care prevede că temperatura zero absolut (T=0K) nu poate fi atinsă, putem spune că este imposibil să se dezvolte un motor termic cu randament=1, deoarece întotdeauna T x > 0.

Eficiența motorului termic va fi cu atât mai mare, cu cât temperatura încălzitorului este mai mare și temperatura frigiderului este mai mică.

« Fizica - clasa a 10-a "

Ce este un sistem termodinamic și ce parametri îi caracterizează starea.
Prezentați prima și a doua lege a termodinamicii.

Crearea teoriei motoarelor termice a condus la formularea celei de-a doua legi a termodinamicii.

Rezervele de energie internă din scoarța terestră și oceane pot fi considerate practic nelimitate. Dar pentru a rezolva probleme practice, a avea rezerve de energie încă nu este suficient. De asemenea, este necesar să poți folosi energia pentru a pune în mișcare mașinile-unelte în fabrici și uzine, mijloace de transport, tractoare și alte mașini, rotirea rotoarelor generatoarelor de curent electric etc. Omenirea are nevoie de motoare - aparate capabile să facă lucru. Majoritatea motoarelor de pe Pământ sunt motoare termice.

Motoare termice- Acestea sunt dispozitive care convertesc energia internă a combustibilului în lucru mecanic.

Principiul de funcționare a motoarelor termice.

Pentru ca motorul să funcționeze, este necesară o diferență de presiune pe ambele părți ale pistonului motorului sau ale palelor turbinei. La toate motoarele termice, această diferență de presiune se realizează prin creșterea temperaturii corp de lucru(gaz) cu sute sau mii de grade peste temperatură mediu inconjurator. Această creștere a temperaturii are loc în timpul arderii combustibilului.

Una dintre părțile principale ale motorului este un vas umplut cu gaz cu un piston mobil. Fluidul de lucru din toate motoarele termice este un gaz care funcționează în timpul expansiunii. Să notăm temperatura inițială a fluidului de lucru (gaz) prin T 1 . Această temperatură în turbinele cu abur sau în mașini este dobândită de abur într-un cazan cu abur. În motoarele cu ardere internă și turbinele cu gaz, creșterea temperaturii are loc atunci când combustibilul este ars în interiorul motorului însuși. Temperatura T 1 se numește temperatura încălzitorului.

Rolul frigiderului

Pe măsură ce se lucrează, gazul pierde energie și inevitabil se răcește la o anumită temperatură T2, care este de obicei ceva mai mare decât temperatura ambiantă. Ei o sună temperatura frigiderului. Frigiderul este atmosfera sau dispozitivele speciale pentru răcirea și condensarea aburului evacuat - condensatoare. În acest din urmă caz, temperatura frigiderului poate fi puțin mai mică decât temperatura ambiantă.

Astfel, în motor, fluidul de lucru în timpul expansiunii nu poate oferi toată energia sa internă pentru a lucra. O parte din căldură este transferată inevitabil către răcitor (atmosferă) împreună cu aburul de eșapament sau gazele de eșapament de la motoarele cu ardere internă și turbinele cu gaz.

Această parte a energiei interne a combustibilului se pierde. Un motor termic efectuează lucru datorită energiei interne a fluidului de lucru. Mai mult, în acest proces, căldura este transferată de la corpurile mai fierbinți (încălzitor) la cele mai reci (frigider). O diagramă schematică a unui motor termic este prezentată în Figura 13.13.

Fluidul de lucru al motorului primește de la încălzitor în timpul arderii combustibilului cantitatea de căldură Q 1, funcționează A "și transferă cantitatea de căldură la frigider Q2< Q 1 .

Pentru ca motorul să funcționeze continuu, este necesar să readuceți fluidul de lucru la starea sa inițială, la care temperatura fluidului de lucru este egală cu T 1 . De aici rezultă că funcționarea motorului are loc conform proceselor închise repetate periodic sau, după cum se spune, conform unui ciclu.

Ciclu este o serie de procese, în urma cărora sistemul revine la starea inițială.

Coeficientul de performanță (COP) al unui motor termic.

Imposibilitatea conversiei complete a energiei interne a gazului în lucrul motoarelor termice se datorează ireversibilității proceselor din natură. Dacă căldura s-ar putea întoarce spontan de la frigider la încălzitor, atunci energia internă ar putea fi complet convertită în muncă utilă folosind orice motor termic. A doua lege a termodinamicii poate fi formulată după cum urmează:

A doua lege a termodinamicii:
este imposibil să se creeze o mașină cu mișcare perpetuă de al doilea fel, care să transforme complet căldura în lucru mecanic.

Conform legii conservării energiei, munca efectuată de motor este:

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

unde Q 1 - cantitatea de căldură primită de la încălzitor și Q2 - cantitatea de căldură dată frigiderului.

Coeficientul de performanță (COP) al unui motor termic este raportul dintre munca A „efectuată de motor și cantitatea de căldură primită de la încălzitor:

Deoarece în toate motoarele o anumită cantitate de căldură este transferată la frigider, atunci η< 1.

Valoarea maximă a eficienței motoarelor termice.

Legile termodinamicii fac posibilă calcularea eficienței maxime posibile a unui motor termic care funcționează cu un încălzitor având o temperatură de T 1 și un frigider cu o temperatură de T 2 și, de asemenea, să se determine modalități de creștere a acesteia.

Pentru prima dată, eficiența maximă posibilă a unui motor termic a fost calculată de inginerul și omul de știință francez Sadi Carnot (1796-1832) în lucrarea sa „Reflecții asupra forței motrice a focului și asupra mașinilor capabile să dezvolte această forță” (1824). ).

Carnot a creat un motor termic ideal cu un gaz ideal ca fluid de lucru. Un motor termic Carnot ideal funcționează într-un ciclu format din două izoterme și două adiabate, iar aceste procese sunt considerate reversibile (Fig. 13.14). Mai întâi, un vas cu gaz este adus în contact cu un încălzitor, gazul se extinde izotermic, făcând lucru pozitiv, la o temperatură T 1 , în timp ce primește o cantitate de căldură Q 1 .

Apoi vasul este izolat termic, gazul continuă să se extindă deja adiabatic, în timp ce temperatura lui scade până la temperatura frigiderului T2. După aceea, gazul este adus în contact cu frigiderul, sub compresie izotermă, eliberează cantitatea de căldură Q 2 către frigider, comprimându-se la un volum 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:

După cum rezultă din formula (13.17), eficiența mașinii Carnot este direct proporțională cu diferența dintre temperaturile absolute ale încălzitorului și frigiderului.

Sensul principal al acestei formule este că indică modalitatea de creștere a eficienței, pentru aceasta este necesară creșterea temperaturii încălzitorului sau scăderea temperaturii frigiderului.

Orice motor termic real care funcționează cu un încălzitor având o temperatură T 1 și un frigider cu o temperatură T 2 nu poate avea o eficiență care să depășească randamentul unui motor termic ideal: Procesele care compun ciclul unui motor termic real nu sunt reversibile.

Formula (13.17) dă o limită teoretică pentru valoarea maximă a randamentului motoarelor termice. Arată că un motor termic este mai eficient, cu cât diferența de temperatură dintre încălzitor și frigider este mai mare.

Doar la temperatura frigiderului, egală cu zero absolut, η = 1. În plus, s-a dovedit că randamentul calculat prin formula (13.17) nu depinde de substanța de lucru.

Dar temperatura frigiderului, al cărui rol este de obicei jucat de atmosferă, practic nu poate fi mai mică decât temperatura ambiantă. Puteți crește temperatura încălzitorului. Cu toate acestea, orice material (corp solid) are rezistență limitată la căldură sau rezistență la căldură. Când este încălzit, își pierde treptat proprietățile elastice și atunci când este suficient temperatura ridicata se topește.

Acum, principalele eforturi ale inginerilor vizează creșterea eficienței motoarelor prin reducerea frecării pieselor lor, a pierderilor de combustibil din cauza arderii incomplete etc.

Pentru o turbină cu abur, temperaturile inițiale și finale ale aburului sunt aproximativ după cum urmează: T 1 - 800 K și T 2 - 300 K. La aceste temperaturi, randamentul maxim este de 62% (rețineți că eficiența este de obicei măsurată în procente). Valoarea reală a eficienței datorate diferitelor tipuri de pierderi de energie este de aproximativ 40%. Motoarele diesel au randamentul maxim - aproximativ 44%.

Protectia mediului.

Este greu de imaginat lumea modernă fara motoare termice. Ele ne oferă o viață confortabilă. Motoarele termice conduc vehicule. Aproximativ 80% din energie electrică, în ciuda prezenței centralelor nucleare, este generată cu ajutorul motoarelor termice.

Cu toate acestea, în timpul funcționării motoarelor termice, are loc inevitabil poluare a mediului. Aceasta este o contradicție: pe de o parte, în fiecare an omenirea are nevoie din ce în ce mai multă energie, a cărei parte principală este obținută prin arderea combustibilului, pe de altă parte, procesele de ardere sunt însoțite inevitabil de poluarea mediului.

Când combustibilul este ars, conținutul de oxigen din atmosferă scade. În plus, produsele de ardere în sine formează compuși chimici care sunt dăunători pentru organismele vii. Poluarea are loc nu numai la sol, ci și în aer, deoarece orice zbor de avion este însoțit de emisii de impurități dăunătoare în atmosferă.

Una dintre consecințele funcționării motoarelor este formarea de dioxid de carbon, care absoarbe radiația infraroșie de la suprafața Pământului, ceea ce duce la creșterea temperaturii atmosferei. Acesta este așa-numitul efect de seră. Măsurătorile arată că temperatura atmosferei crește cu 0,05 °C pe an. O astfel de creștere continuă a temperaturii poate provoca topirea gheții, ceea ce, la rândul său, va duce la o schimbare a nivelului apei în oceane, adică la inundarea continentelor.

Mai notăm un punct negativ atunci când folosim motoare termice. Deci, uneori apa din râuri și lacuri este folosită pentru a răci motoarele. Apa încălzită este apoi returnată înapoi. Creșterea temperaturii în corpurile de apă perturbă echilibrul natural, acest fenomen se numește poluare termică.

Pentru a proteja mediul înconjurător, diferite filtre de curățare sunt utilizate pe scară largă pentru a preveni emisia de substanțe nocive în atmosferă, iar designul motoarelor este îmbunătățit. Există o îmbunătățire continuă a combustibilului, care dă substanțe mai puțin nocive în timpul arderii, precum și tehnologia arderii acestuia. Sursele alternative de energie care utilizează vântul, radiația solară și energia centrală sunt dezvoltate în mod activ. Vehicule electrice și vehicule alimentate cu energie solară sunt deja produse.

Tema lecției curente va fi luarea în considerare a proceselor care au loc în dispozitive destul de specifice, și nu abstracte, ca în lecțiile anterioare, - motoare termice. Vom defini astfel de mașini, vom descrie componentele lor principale și principiul de funcționare. Tot în cadrul acestei lecții se va lua în considerare problema găsirii eficienței - randamentul motoarelor termice, atât real, cât și maxim posibil.

Tema: Fundamentele termodinamicii
Lecție: Principiul de funcționare a unui motor termic

Tema ultimei lecții a fost prima lege a termodinamicii, care a stabilit relația dintre o anumită cantitate de căldură care a fost transferată unei porțiuni de gaz și munca efectuată de acest gaz în timpul expansiunii. Și acum este timpul să spunem că această formulă prezintă interes nu numai pentru unele calcule teoretice, ci și în întregime aplicație practică, deoarece munca unui gaz nu este altceva decât munca utilă pe care o extragem atunci când folosim motoare termice.

Definiție. motor termic- un dispozitiv în care energia internă a combustibilului este transformată în lucru mecanic (Fig. 1).

Orez. 1. Diverse exemple de motoare termice (), ()

După cum se poate vedea din figură, motoarele termice sunt orice dispozitive care funcționează conform principiului de mai sus și variază de la un design incredibil de simplu la foarte complex.

Fără excepție, toate motoarele termice sunt împărțite funcțional în trei componente (vezi Fig. 2):

• Încălzitor
• corp de lucru
• Frigider

Orez. 2. Schema funcțională a unui motor termic ()

Încălzitorul este procesul de ardere a combustibilului, care, atunci când este ars, se transferă un numar mare deîncălziți la gaz, încălzindu-l la temperaturi ridicate. Gazul fierbinte, care este un fluid de lucru, din cauza creșterii temperaturii și, în consecință, a presiunii, se dilată, făcând lucru. Desigur, deoarece există întotdeauna transfer de căldură cu carcasa motorului, aerul ambiental etc., munca nu va egala numeric căldura transferată - o parte din energie merge către frigider, care, de regulă, este mediul.

Cel mai simplu mod este să vă imaginați că procesul are loc într-un cilindru simplu sub un piston mobil (de exemplu, cilindrul unui motor cu ardere internă). Desigur, pentru ca motorul să funcționeze și să aibă sens, procesul trebuie să aibă loc ciclic și nu o singură dată. Adică, după fiecare expansiune, gazul trebuie să revină în poziția inițială (Fig. 3).

Orez. 3. Un exemplu de funcționare ciclică a unui motor termic ()

Pentru ca gazul să se întoarcă în poziția inițială, este necesar să se efectueze unele lucrări asupra acestuia (lucrarea forțelor externe). Și, deoarece munca gazului este egală cu lucrul asupra gazului cu semnul opus, pentru ca gazul să efectueze o muncă totală pozitivă pentru întregul ciclu (altfel nu ar avea niciun punct în motor), este necesar ca munca forțelor externe să fie mai mică decât munca gazului. Adică, graficul procesului ciclic în coordonatele P-V ar trebui să arate astfel: o buclă închisă cu o bypass în sensul acelor de ceasornic. La această condiție munca gazului (în secțiunea graficului în care volumul crește) este mai mare decât munca gazului (în secțiunea în care volumul scade) (Fig. 4).

Orez. 4. Un exemplu de grafic al unui proces care are loc într-un motor termic

Întrucât vorbim despre un anumit mecanism, este imperativ să spunem care este eficiența acestuia.

Definiție. Eficiența (coeficientul de performanță) al unui motor termic- raportul dintre munca utilă efectuată de fluidul de lucru și cantitatea de căldură transferată corpului de la încălzitor.

Dacă luăm în considerare conservarea energiei: energia care a plecat de la încălzitor nu dispare nicăieri - o parte din ea este îndepărtată sub formă de muncă, restul merge la frigider:

Primim:

Aceasta este o expresie a eficienței în părți, dacă trebuie să obțineți valoarea eficienței ca procent, trebuie să înmulțiți numărul rezultat cu 100. Eficiența în sistemul de măsurare SI este o valoare adimensională și, după cum se poate vedea din formulă , nu poate fi mai mult de unu (sau 100).

De asemenea, trebuie spus că această expresie se numește eficiența reală sau randamentul unui motor termic real (motor termic). Dacă presupunem că reușim cumva să scăpăm complet de defectele de proiectare ale motorului, atunci vom obține un motor ideal, iar eficiența acestuia va fi calculată conform formulei pentru eficiența unui motor termic ideal. Această formulă a fost obținută de inginerul francez Sadi Carnot (Fig. 5):