Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ФИЗИКА: Тепловые двигатели

ФИЗИКА: Тепловые двигатели. Принцип действия тепловых двигателей. КПД двигателей.

Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию.

  1. Определение [ править| править код]
  2. Цикл Карно.
  3. Как устроен тепловой двигатель
  4. Трактовка понятия
  5. Коэффициент полезного действия
  6. КПД тепловых машин. КПД тепловой машины — формула
  7. Чему равен КПД теплового двигателя
  8. Мощность разных устройств
  9. Какие реальные КПД у разных типов двигателей
  10. Литература [ править| править код]
  11. Что мы узнали?
  12. Тест по теме
  13. Оценка доклада

Определение [ править | править код ]

Математически КПД определяется как

η = A Q , >,>

где А — полезная работа (энергия), а Q — затраченная энергия.

Если КПД выражается в процентах, эту формулу иногда записывают в виде

η = A Q × 100 % >times 100%> .

Здесь умножение на 100 % не несёт содержательного смысла, поскольку 100 % = 1 . В связи с этим второй вариант записи формулы менее предпочтителен (одна и та же физическая величина может быть выражена в различных единицах независимо от формул, где она участвует).

В силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше или столько, сколько затрачено энергии.

КПД теплово́го дви́гателя — отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле

η = Q 1 − Q 2 Q 1 -Q_<2>>>>> ,

где Q 1 > — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q 2 > — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника T2, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен

η k = T 1 − T 2 T 1 =-T_<2>>>>> .

Цикл Карно.

Цикл Карно — это круговой обратимый процесс, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических процессов.

Впервые этот процесс был рассмотрен французским инженером и ученым Н. Л. С. Карно в 1824 г. в книге «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».

Целью исследований Карно было выяснение причин несовершенства тепловых машин того времени (они имели КПД ≤ 5 %) и поиски путей их усовершенствования.

Выбор двух изотермических и двух адиабатических процессов был обусловлен тем, что работа газа при изотермическом расширении совершается за счет внутренней энергия нагревателя, а при адиабатном процессе — за счет внутренней энергии расширяющегося газа. В этом цикле исключен контакт тел с разной температурой, следовательно, исключена теплопередача без совершения работы.

Цикл Карно — самый эффективный из всех возможных. Его КПД максимален.

На рисунке изображены термодинамические процес­сы цикла. В процессе изотермического расширения (1-2) при температуре T1, работа совершается за счет измене­ния внутренней энергии нагревателя, т. е. за счет подве­дения к газу количества теплоты Q:

Охлаждение газа перед сжатием (3-4) происходит при адиабатном расширении (2-3). Изменение внутренней энергии ΔU23 при адиабатном процессе (Q = 0) полностью преобразуется в механическую работу:

Температура газа в результате адиабатического рас­ширения (2-3) понижается до температуры холодильни­ка T2 Первое упоминание о прототипе тепловой машине относится к паровой турбине, которая была изобретена еще в древнем Риме (II век до н.э.). Правда, изобретение не нашло тогда широкого применения из-за отсутствия в то время многих вспомогательных деталей. Например, тогда еще не был придуман такой ключевой элемент для работы любого механизма, как подшипник.

Общая схема работы любой тепловой машины выглядит так:

  • Нагреватель имеет температуру T1 достаточно высокую, чтобы передать большое количество теплоты Q1. В большинстве тепловых машин нагревание получается при сгорании топливной смеси (топливо-кислород);
  • Рабочее тело (пар или газ) двигателя совершает полезную работу А, например, перемещают поршень или вращают турбину;
  • Холодильник поглощает часть энергии от рабочего тела. Температура холодильника Т2 Литература [ править | править код ]
  • Пёрышкин А. В. Физика. 8 класс. — Дрофа, 2005. — 191 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-7107-9459-7..

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое КПД двигателя. Величина КПД любого теплового двигателя всегда меньше 100 процентов. Чем больше разность температур нагревателя T1 и холодильника Т2, тем больше КПД.

Что такое коэффициент полезного действия теплового двигателя

Формулы, используемые на уроках «Задачи на КПД тепловых двигателей».

Название величины
Обозначение
Единица измерения
Формула
Масса топлива
Удельная теплота сгорания топлива
Полезная работа
Ап = ɳ Q
Затраченная энергия
Q = qm
КПД

Относится ли ружьё к тепловым двигателям? Да, так как при выстреле внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 110,4 МДж потребовалось 8 кг бензина.

Задача № 2. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 220,8 МДж потребовалось 16 кг бензина.

Задача № 3. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 27,6 МДж потребовалось 2 кг бензина.

Задача № 4. На теплоходе установлен дизельный двигатель мощностью 80 кВт с КПД 30%. На сколько километров пути ему хватит 1 т дизельного топлива при скорости движения 20 км/ч? Удельная теплота сгорания дизельного топлива 43 МДж/кг.

Задача № 5. Патрон травматического пистолета «Оса» 18 x 45 мм, содержит резиновую пулю массой 8,4 г. Определите КПД патрона, если пуля при выстреле приобрела скорость 140 м/с. Масса порохового заряда патрона составляет 0,18 г, удельная теплота сгорания пороха 3,8 • 10 6 Дж/кг.

Задача № 6. Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 1 ч он расходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • 10 6 Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

Задача № 7. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 2,3 • 10 4 кДж, и при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя.

Задача № 8. За 3 ч пробега автомобиль, КПД которого равен 25%, израсходовал 24 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля при этом пробеге?

Задача № 9. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за 1 ч работы израсходовал 14 кг бензина. Определите КПД двигателя.

Задача № 10. ОГЭ Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, 80 % теплоты, полученной от нагревания, передаёт охладителю. Количество теплоты, получаемое рабочим телом за один цикл от нагревателя, Q1 = 6,3 Дж. Найти КПД цикла ɳ и работу А, совершаемую за один цикл.

Задача № 11. ЕГЭ Тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 2,94 кДж и отдаёт за один цикл охладителю количество теплоты Q2 = 13,4 кДж. Найти КПД цикла ɳ.

Задача № 12. Снегоуборочная машина мощностью 40 кВт за 1 час работы расходует примерно 5 л бензина. Каков КПД снегоуборочной машины? Удельная теплота сгорания бензина 46 МДж/кг, плотность бензина — 710 кг/м 3 .

Краткая теория для решения Задачи на КПД тепловых двигателей.

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на КПД тепловых двигателей». Выберите дальнейшие действия:

  • Перейти к теме: ЗАДАЧИ на Закон Ома.
  • Посмотреть конспект «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания».
  • Вернуться к списку конспектов по Физике.
  • Проверить свои знания по Физике.
14 Комментарии

Задача 9. Почему вы перевели 36 кВт как 36*10^6? 36кВт это же 36*10^3

Опечатка. Исправлено. Спасибо!

Здравствуйте, не поможете решить задачу?
Паровой двигатель локомотива имеет КПД, равный 42 %. В качестве топлива в двигателе применяется уголь с теплотой сгорания 25 МДж/кг. Какое количество угля было затрачено в тепловом двигателе, если под действием силы тяги 350 кН паровоз прошёл 220 км?
А) 5,5 т Б) 7,3 т В) 9,4 т Г) 8,8 т

ответ Б)
кпд=A/Qн=Pt/qm,где P=Fт*U(скорость)=Fт*S/t
кпд=Fт*S*t/t*qm=Fт*S/qm
m=Fт*S/(кпд)*q=7333,3*10^-6*10^3=7,3т

Здравствуйте, поможете решить задачу? снегоуборочная машина мощностью 40 кВт за 1 час работы расходует примерно 5 л бензина. Каков КПД снегоуборочной машины? Удельная теплота сгорания бензина 46 мдж /кг ,плотность бензина 710 кг/м3.

Решение представлено в новой Задаче № 12.

Здравствуйте, помогите пожалуйста с задачей
КПД дизельного двигателя автомобиля КамАЗ-5320 (удельный расход топлива равен 224 г/Вт·ч, удельная теплота сгорания дизельного топлива 42 МДж/кг) равен

2. Тепловая машина передаёт охладителю 80 % теплоты, полученной от нагревателя. Количество теплоты, получаемое рабочим телом за один цикл от нагревателя, Q1 = 6,3 Дж. Найти КПД цикла ɳ и работу А, совершаемую за один цикл. Помогите

можете помочь с задачей, Определите коэффициент полезного действия теплового двигателя, в %, которыйполучает от нагревателя 6000Дж теплоты и отдает холодильнику 3000Дж.

Определите количество теплоты, получаемое от нагревателя тепловым двигателем с КПД 45 % за 1 с, если за это время бесполезно теряется 14 кДж энергии.

Здравствуйте почему в 4 задачи мы делим 20 на 3.6?
И как мы получили 3.6
Подробнее пожалуйста ответьте

Чтобы перевести км/ч в м/с, нужно разделить значение скорости (20) на коэффициент 3,6.

Помогите решить задачу, пожалуйста.
Тепловая станция потребляет 15 Гкал энергии. КПД станции 45%. Сколько энергии станция производит?

почему в задаче 4 при нахождении кпд не умножаем на 100?

Добавить комментарий Отменить ответ

Конспекты по физике:
7 класс
  • Физические величины
  • Строение вещества
  • Механическое движение. Траектория
  • Прямолинейное равномерное движение
  • Неравномерное движение. Средняя скорость
  • ЗАДАЧИ на движение с решением
  • Масса тела. Плотность вещества
  • ЗАДАЧИ на плотность, массу и объем
  • Силы вокруг нас (силы тяжести, трения, упругости)
  • ЗАДАЧИ на силу тяжести и вес тела
  • Давление тел, жидкостей и газов
  • ЗАДАЧИ на давление твердых тел с решениями
  • ЗАДАЧИ на давление жидкостей с решениями
  • Закон Архимеда
  • Сообщающиеся сосуды. Шлюзы
  • ЗАДАЧИ на силу Архимеда с решениями
  • Механическая работа, мощность и КПД
  • ЗАДАЧИ на механическую работу с решениями
  • ЗАДАЧИ на механическую мощность
  • Простые механизмы. Блоки
  • Рычаг. Равновесие рычага. Момент силы
  • ЗАДАЧИ на простые механизмы с решениями
  • ЗАДАЧИ на КПД простых механизмов
  • Механическая энергия. Закон сохранения энергии
  • Физика 7: все формулы и определения
  • ЗАДАЧИ на Сообщающиеся сосуды
8 класс
  • Введение в оптику
  • Тепловое движение. Броуновское движение
  • Диффузия. Взаимодействие молекул
  • Тепловое равновесие. Температура. Шкала Цельсия
  • Внутренняя энергия
  • Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение
  • Количество теплоты. Удельная теплоёмкость
  • Уравнение теплового баланса
  • Испарение. Конденсация
  • Кипение. Удельная теплота парообразования
  • Влажность воздуха
  • Плавление и кристаллизация
  • Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания топлива
  • Электризация тел
  • Два вида электрических зарядов. Взаимодействие зарядов
  • Закон сохранения электрического заряда
  • Электрическое поле. Проводники и диэлектрики
  • Постоянный электрический ток
  • Сила тока. Напряжение
  • Электрическое сопротивление
  • Закон Ома. Соединение проводников
  • Работа и мощность электрического тока
  • Закон Джоуля-Ленца и его применение
  • Электромагнитные явления
  • Колебательные и волновые явления
  • Физика 8: все формулы и определения
  • ЗАДАЧИ на количество теплоты с решениями
  • ЗАДАЧИ на сгорание топлива с решениями
  • ЗАДАЧИ на плавление и отвердевание
  • ЗАДАЧИ на парообразование и конденсацию
  • ЗАДАЧИ на КПД тепловых двигателей
  • ЗАДАЧИ на Закон Ома с решениями
  • ЗАДАЧИ на сопротивление проводников
  • ЗАДАЧИ на Последовательное соединение
  • ЗАДАЧИ на Параллельное соединение
  • ЗАДАЧИ на Работу электрического тока
  • ЗАДАЧИ на Мощность электрического тока
  • ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца
  • Опыты Эрстеда. Магнитное поле. Электромагнит
  • Магнитное поле постоянного магнита
  • Действие магнитного поля на проводник с током
  • Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея
  • Явления распространения света
  • Дисперсия света. Линза
  • Оптические приборы
  • Электромагнитные колебания и волны
9 класс
  • Введение в квантовую физику
  • Формула времени. Решение задач
  • ЗАДАЧИ на Прямолинейное равномерное движение
  • ЗАДАЧИ на Прямолинейное равноускоренное движение
  • ЗАДАЧИ на Свободное падение с решениями
  • ЗАДАЧИ на Законы Ньютона с решениями
  • ЗАДАЧИ закон всемирного тяготения
  • ЗАДАЧИ на Движение тела по окружности
  • ЗАДАЧИ на искусственные спутники Земли
  • ЗАДАЧИ на Закон сохранения импульса
  • ЗАДАЧИ на Механические колебания
  • ЗАДАЧИ на Механические волны
  • ЗАДАЧИ на Состав атома и ядерные реакции
  • ЗАДАЧИ на Электромагнитные волны
  • Физика 9 класс. Все формулы и определения
  • Относительность движения
  • Равномерное прямолинейное движение
  • Прямолинейное равноускоренное движение
  • Свободное падение
  • Скорость равномерного движения тела по окружности
  • Масса. Плотность вещества
  • Сила – векторная физическая величина
  • Первый закон Ньютона
  • Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона
  • Трение покоя и трение скольжения
  • Деформация тела
  • Всемирное тяготение. Сила тяжести
  • Импульс тела. Закон сохранения импульса
  • Механическая работа. Механическая мощность
  • Кинетическая и потенциальная энергия
  • Механическая энергия
  • Золотое правило механики
  • Давление твёрдого тела. Давление газа
  • Закон Паскаля. Гидравлический пресс
  • Закон Архимеда. Условие плавания тел
  • Механические колебания и волны. Звук
  • МКТ. Агрегатные состояния вещества
  • Радиоактивность. Излучения. Распад
  • Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома
  • Состав атомного ядра. Изотопы
  • Ядерные реакции. Ядерный реактор
10-11 классы
  • Молекулярно-кинетическая теория
  • Кинематика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Динамика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Законы сохранения. Работа и мощность. Теория, Формулы, Шпаргалка
  • Статика и гидростатика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Термодинамика. Теория, формулы, схемы
  • Электростатика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Постоянный ток. Теория, формулы, схемы
  • Магнитное поле. Теория, формулы, схемы
  • Электромагнитная индукция
  • Закон сохранения импульса. Задачи ЕГЭ с решениями
  • Колебания и волны. Задачи ЕГЭ с решениями
  • Физика 10 класс. Все формулы и темы
  • Физика 11 класс. Все формулы и определения
  • Световые кванты
  • ЕГЭ Квантовая физика. Задачи с решениями
  • Излучения и спектры
  • Атомная физика (физика атома)
  • ЕГЭ Закон Кулона. ЗАДАЧИ с решениями
  • Электрическое поле. ЗАДАЧИ с решениями
  • Потенциал. Разность потенциалов. ЗАДАЧИ с решениями
  • Закон Ома. Соединение проводников. ЗАДАЧИ на ЕГЭ
  • Закон Ома для всей цепи. ЗАДАЧИ на ЕГЭ

Найти конспект:

О проекте

Сайт «УчительPRO» — некоммерческий школьный проект учеников, их родителей и учителей. Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie и других пользовательских данных в целях функционирования сайта, проведения статистических исследований и обзоров. Если вы не хотите, чтобы ваши данные обрабатывались, покиньте сайт.

Возрастная категория: 12+

(с) 2021 Учитель.PRO — Копирование информации с сайта только при указании активной ссылки на сайт!

КПД теплового двигателя

Тепловым называется двигатель, выполняющий работу за счет источника тепловой энергии.

Тепловая энергия (Qнагревателя) от источника передается двигателю, при этом часть полученной энергии двигатель тратит на выполнение работы W, неизрасходованная энергия (Qхолодильника) отправляется в холодильник, роль которого может выполнять, например окружающий воздух. Тепловой двигатель может работать только в том случае, если температура холодильника меньше температуры нагревателя.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя можно рассчитать по формуле: КПД = W/Qнг.

КПД=1 (100%) в том случае, если вся тепловая энергия превращается в работу. КПД=0 (0%) в том случае, если никакая тепловая энергия не превращается в работу.

КПД реального теплового двигателя лежит в промежутке от 0 до 1, чем выше КПД, тем эффективнее двигатель.

Согласно закону сохранения энергии (первое начало термодинамики), тепловая энергия, попадающая в двигатель, равняется сумме работы, которую выполняет двигатель, и тепловой энергии, отданной в холодильник:

Допустим, двигатель, имеющий КПД=0,8, выполняет работу в 100 Дж. Сколько тепловой энергии он использует, и сколько отводит в холодильник?

Решить поставленную задачу не составляет труда.

Принцип Карно

Любой инженер, занимающийся разработкой теплового двигателя, стремится разработать двигатель с максимально возможным КПД. Идеальный вариант, когда КПД=1, в таком случае вся, полученная двигателем, тепловая энергия использовалась бы на работу, при этом в холодильник не поступало бы ничего. Однако, в реальной жизни осуществить подобное невозможно, поскольку в реальном двигателе некоторая часть энергии расходуется на неизбежные потери в трущихся механизмах.

Если бы инженерам удалось изобрести двигатель, в котором не было бы потерь, то система бы всегда возвращалась в начальное состояние — такой процесс называется обратимым. Все реальные двигатели тратят часть тепловой энергии на преодоление трения, поэтому процессы называются необратимыми.

Одним из первых, кто в 19 веке занялся изучением данной проблемы, был Санди Карно, сформулировавший следующий принцип (принцип Карно): ни один необратимый двигатель не может обладать абсолютным КПД, как обратимый, при этом, все обратимые двигатели, которые работают в промежутке между одинаковыми максимальными и одинаковыми минимальными температурами, имеют один и тот же КПД.

Если на практике изобрести обратимый двигатель невозможно, то никто не мешает изобрасти его «на бумаге». Так и поступил Карно, сформулировавший свои принципы для идеального двигателя (двигателя Карно). Двигатель Карно получает тепловую энергию от нагревателя, который имеет постоянную температуру Tнагревателя. Отработанная тепловая энергия уходит в холодильник с постоянной температурой Тхолодильника.

Поскольку температуры нагревателя и холодильника постоянны, отношение подаваемой и отводимой тепловой энергии будет равно отношению их температур (в Кельвинах):

Учитывая третье начало термодинамики, которое гласит, что температуру абсолютного нуля (Т=0К) достичь невозможно, можно сказать, что невозможно разработать тепловой двигатель с КПД=1, поскольку всегда Tх>0.

КПД теплового двигателя будет тем больше, чем выше температура нагревателя, и ниже температура холодильника.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Учебники

Разделы физики

Журнал «Квант»

Лауреаты премий по физике

Общие

Т. КПД

Коэффициент полезного действия теплового двигателя

Баланс энергии за цикл можно получить на основе первого закона термодинамики. Рабочему телу передано путем теплообмена количество теплоты Q1, и над ним совершена работа A2. Рабочее тело совершило работу при расширении A1 и передало количество теплоты Q2 холодильнику. Для идеального теплового двигателя изменение внутренней энергии ΔU = 0, ибо рабочее тело вернулось в исходное состояние.

Q_1 + A_2 = Q_2 + A_1 .)

A = A_1 — A_2 = Q_1 — Q_2 .)

Отношение полезной работы к количеству теплоты, которое рабочее тело получило от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя (КПД):

Из формулы (1) видно, что даже у идеального теплового двигателя η (

Из формулы (2) видно, что для повышения КПД необходимо увеличивать T1 и уменьшать T2. Так как холодильником в большинстве случаев служит окружающая среда, то основной способ повышения КПД состоит в повышении температуры нагревателя.

Цикл Карно — идеальный цикл. В реальных циклах нельзя осуществить идеальную адиабатность и изотермичность. Кроме того, не устранимы потери на трение. Поэтому КПД в реальных тепловых двигателях всегда меньше, чем рассчитанный по формуле (2).

Из формул (1) и (2) имеем

где Q2 — количество теплоты, отданной рабочим телом холодильнику, поэтому оно отрицательно.

Следовательно, можно записать алгебраическую сумму:

frac QT) называется приведенным количеством теплоты.

Следовательно, в цикле Карно сумма приведенных количеств теплоты равна нулю.

Строгий теоретический анализ показывает, что не только для цикла Карно, а для любого обратимого кругового процесса сумма приведенных количеств теплоты равна нулю. Это значит, что в обратимом процессе сохраняется некоторая величина, изменение которой равно приведенному количеству теплоты:

Delta S = frac QT .)

Как показал Р. Клаузиус, S — это энтропия.

Следовательно, в обратимых процессах энтропия не изменяется. При необратимых процессах энтропия замкнутой и адиабатически изолированной системы возрастает: ΔSнеобр > 0.

В общем случае: при любых процессах, протекающих в замкнутой или адиабатически изолированной макроскопической системе, ее энтропия не убывает, т.е. ΔS ≥ 0.

Это заключение можно рассматривать как наиболее общую формулировку второго начала термодинамики.

Из формулы (2) имеем (

eta = 1 — frac). Следовательно, видим, что η Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 163-165.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Ваз 2110 работает не ровно двигатель дергается в чем причина
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector