Электроэнергетические системы

1. Дайте определение энергетической системы и назовите её основные элементы.

2. Что понимается под электроэнергетической системой?

3. Какие технико-экономические преимущества дает создание ЭЭС?

4. Назовите основные особенности процесса производства электроэнергии.

5. Какова структура электроэнергетической системы?

6. Какими технологическими процессами и операциями управляет диспетчер энергосистемы?

7. Назовите основные принципы диспетчерского управления.

8. Что входит в единую энергетическую систему России и как она управляется?

9. Что представляют собой электрические сети и их назначение?

10. По каким признакам классифицируются электрические сети?

11. Какова шкала номинальных напряжений электрических сетей?

12. Каковы режимы работы нейтралей электрических сетей и каковы последствия замыкания фазы на землю в них?

13. Назовите достоинства и недостатки сетей постоянного и переменного тока.

14. Назовите возможные области применения сетей постоянного тока.

15. Какова структура электропередачи постоянного тока?

16. Каково назначение ЛЭП и по каким признакам они классифицируются?

17. Назовите основные элементы воздушных линий электропередачи.

18. Какова конструкция неизолированных проводов?

19. Что такое расщепление фазы на несколько проводов и для чего оно выполняется?

20. Укажите виды опор ВЛ по материалу изготовления и по конструкции.

21. Что понимается под транспозицией фаз и для чего она выполняется?

22. Назовите виды изоляторов и их конструктивные элементы.

23. Назовите виды кабелей по напряжению и конструкции.

24. Чем объясняется малая длина кабельных линий переменного тока?

25. Что включают в себя системы электроснабжения?

26. От чего питаются системы электроснабжения?

27. Какую долю электроэнергии ЭЭС потребляют промышленные предприятия?

28. Какие величины суммарных установленных мощностей характерны для различных предприятий?

29. Назовите наиболее распространенный вид нагрузки на промышленных предприятиях.

30. Какое влияние на работу системы электроснабжения оказывают асинхронные двигатели?

31. Какие нагрузки оказывают наибольшее влияние на режимы работы системы электроснабжения?

32. Что представляет собой суточный график нагрузки потребителей электроэнергии?

33. Каким показателем характеризуется надежность электроснабжения потребителей?

34. Каковы особенности электроснабжения коммунально-бытовых потребителей?

Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем

1. Назовите назначение и основные функции автоматики в электроэнергетической системе.

2. Назовите основные автоматические устройства, управляющие режимами ЭЭС и их назначение.

3. Чем опасен режим короткого замыкания (КЗ)?

4. Что нужно предпринимать при КЗ в ЭЭС?

5. Назовите основные характеристики устройств релейной защиты (РЗ).

6. Какова структура устройств релейной защиты?

7. Каковы принципы функционирования устройств РЗ энергоустановок?

ЗАДАЧИ И ПРИМЕРЫ ИХ РЕШЕНИЯ

Основы термодинамики

Задача №1. Двигатель работает по циклу Карно. Как изменится КПД теплового двигателя, если при постоянной температуре холодильника 17 о С температуру нагревателя повысить со 127 до 447 о С?

Решение: КПД двигателя, работающего по циклу Карно,

T₁=273+127=400˚K; T₂=273+17=290˚K; h₁= 1- 290/400 = 0,275= 27,5%;

При повышении температуру нагревателя T₁=273+447=720˚K

h₂= 1- 290/720 = 0,597= 59,7%

Таким образом, КПД увеличится в h₂/h₁= 59,7/27,5 = 2,17 раза.

Задача №2. Определить КПД двигателя, которому для выполнения работы 1,9 10 7 Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 10 7 Дж/кг. (Ответ: ).

Задача №3. Рабочее тело (газ) тепловой машины, работающей по идеальному циклу Карно, получает от нагревателя 8,36 10 3 Дж теплоты и 80% от неё передаёт холодильнику. Найти КПД цикла и работу, совершённую машиной. (Ответ: , =1,67 10 3 Дж).

Задача №4. Температура нагревателя идеальной тепловой машины в 3 раза выше, чем холодильника. Нагреватель передал газу количество теплоты 42 кДж. Какую работу совершил газ? (Ответ: =28 10 3 Дж).

Задача №5. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно, КПД которого 40%. Температура приёмника 0 О С. Найти температуру нагревателя и работу изотермического сжатия, если температура изотермического расширения 8 Дж. (Ответ: =4,8 Дж).

Задача №6. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает теплоту от нагревателя с температурой 200 О С (Т= О С +273) и отдаёт теплоту холодильнику с температурой 12 О С, совершая за один цикл работу = 10 МДж. Определить количество теплоты , отдаваемое холодильнику за один цикл. (Ответ: =15,5 МДж).

Задача №7. Нагреватель тепловой машины, работающей по циклу Карно, имеет температуру 200 О С. Определить температуру , охладителя, если при получении от нагревателя количества теплоты = 1 Дж машина совершает работу =0,4 Дж? Потери на трение и теплоотдачу не учитывать. (Ответ: =284 О К).

Задача №8. В идеальной тепловой машине, абсолютная температура холодильника которой вдвое меньше температуры нагревателя, не меняя температуры нагревателя температуру холодильника понизили вдвое. Как изменится КПД машины.

Решение: КПД идеальной тепловой машины

После понижения температуры холодильника вдвое

Таким образом, КПД увеличится в h₂/h₁=0,75/0,5 =1,5 раза.

Задача №9. Чему равна работа, совершаемая идеальной тепловой машиной за один цикл, в котором газ получает от нагревателя 75 кДж теплоты при абсолютной температуре нагревателя, втрое большей абсолютной температуры холодильника?

Задача №10. В некотором процессе газ совершил работу, равную 5 МДж, а его внутренняя энергия уменьшилась на 2 МДж. Какое количество теплоты передано газу в этом процессе?

Задача №11. В идеальном тепловом двигателе из каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, 700 Дж отдаётся холодильнику. Если температура нагревателя равна 227 О С, то чему равна температура холодильника?

Задача №12. Температура нагревателя идеального теплового двигателя 127 О С, а температура холодильника 7 О С. Количество теплоты, получаемое двигателем ежесекундно от нагревателя, равно 50 кДж. Какое количество теплоты отдаётся холодильнику за 1 секунду?

Задача №13. Температура нагревателя идеального теплового двигателя 227 О С, а температура холодильника 27 О С. Количество теплоты, получаемое двигателем ежесекундно от нагревателя, равно 50 кДж. Какое количество теплоты отдаётся холодильнику за 1 секунду?

Задача №14. В идеальном тепловом двигателе из каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, 300 Дж отдаётся холодильнику. Определить температуру нагревателя, если температура холодильника равна 7 О С?

Задача №15. При изотермическом расширении идеальному газу сообщили 10 Дж тепла. Чему равна работа, совершённая газом?

Задача №16. КПД теплового двигателя равен 25%. Во сколько раз количество теплоты, полученное двигателем от нагревателя, больше совершённой им полезной работы?

Задача №17. На сколько процентов повысится КПД тепловой машины, если, не изменяя температуру холодильника, повысить температуру нагревателя в n — раз?

Задача №18. В некотором процессе газ совершил работу, равную 2 МДж, а его внутренняя энергия уменьшилась на 3 МДж. Какое количество теплоты газ в этом процессе передал в окружающую среду?

Читать еще: Двигатель caterpillar c32 a расход топлива

Задача №19. Температура нагревателя идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, 227 О С. Определить температуру холодильника, если за счёт каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, двигатель совершает 350 Дж механической работы.

Задача №20. Тепловая машина с КПД 40% за цикл работы, получает от нагревателя 150 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

Задача №21. Идеальный газ отдал 300 Дж теплоты, а внешние силы совершили над ним работу 100 Дж. Как при этом изменилась внутренняя энергия газа? (увеличилась на 400 Дж, увеличилась на 200 Дж, увеличилась на 200 Дж, увеличилась на 400 Дж)

Задача №22. Тепловая машина с КПД 60% за цикл работы, получает от нагревателя 50 Дж. Какое количество теплоты машина отдаёт за это время в окружающую среду? (20 Дж, 30 Дж, 50 Дж, 80 Дж)

Задача №23. Тепловая машина с КПД 60% за цикл работы, получает от нагревателя 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

Задача №24. Идеальный газ сначала охлаждался при постоянном объёме, потом его объём уменьшался при постоянном давлении, затем при постоянной температуре объём газа увеличился до первоначального значения. Нарисовать в координатах p-v график изменения состояния газа.

Задача №25. Тепловая машина за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж и отдаёт холодильнику 40 Дж. Чему равен КПД тепловой машины? (40%, 60%, 29%, 43%).

Задача №26. Тепловая машина с КПД 50% за цикл работы, получает от нагревателя 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл? (200 Дж, 150 Дж, 100 Дж, 50 Дж).

Задача №27. Тепловая машина с КПД 20% за цикл работы, отдаёт холодильнику 80 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл? (100 Дж, 64 Дж, 20 Дж, 16 Дж).

Полезная работа A=h₁* Q₁= 0,2*100= 20 Дж.

Задача №28. Идеальный газ сначала охлаждался при постоянном давлении, потом его давление увеличивалось при постоянном объёме, затем при постоянной температуре уменьшилось до первоначального значения. Нарисовать в координатах p-Т график изменения состояния газа.

Задача №29. Идеальный газ совершил работу 100 Дж и отдал количество теплоты 300 Дж. Как при этом изменилась внутренняя энергия газа? (увеличилась на 400 Дж, увеличилась на 200 Дж, уменьшилась на 400 Дж, уменьшилась на 200 Дж).

Задача №30. Тепловая машина за цикл совершает работу 50 Дж и отдаёт холодильнику 40 Дж. Чему равен КПД тепловой машины? (100%, 50%, 33%, 67%).

Задача №31. Идеальный газ сначала нагревался при постоянном давлении, потом его давление уменьшилось при постоянном объёме, затем при постоянной температуре давление газа увеличилось до первоначального значения. Нарисовать в координатах p-Т график изменения состояния газа.

В идеальном тепловом двигателе увеличилась работа совершаемая газом за один цикл

С1-1. На полу неподвижного лифта стоит теплоизолированный сосуд, открытый сверху. В сосуде под тяжёлым подвижным поршнем находится одноатомный идеальный газ. Поршень находится в равновесии. Лифт начинает равноускоренно опускаться вниз. Опираясь на законы механики и молекулярной физики, объясните, куда сдвинется поршень относительно сосуда после начала движения лифта и как при этом изменится температура газа в сосуде. Трением между поршнем и стенками сосуда, а также утечкой газа из сосуда пренебречь.

С1-2. В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. На рисунке показана диаграмма, иллюстрирующая изменение внутренней энергии U газа и передаваемое ему количество теплоты Q. Опишите изменение объема газа при его переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Свой ответ обоснуйте, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

С1-3. В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится газ, который может просачиваться сквозь зазор вокруг поршня. В опыте по изотермическому сжатию газа его объем уменьшился вдвое, а давление газа упало в 3 раза. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в цилиндре? (Газ считать идеальным.)

C1-5. Ha V T-диаграмме показано, как изменялись объём и температура некоторого постоянного количества разреженного газа при его переходе из начального состояния 1 в состояние 4. Как изменялось давление газа р на каждом из трёх участков 1—2, 2—3, 3—4: увеличивалось, уменьшалось или же оставалось неизменным? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

C1-6. В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

С3-9. Нагреваемый при постоянном давлении идеальный одноатомный газ совершил работу 400 Дж. Какое количество теплоты было передано газу?

С3-11. В сосуде с небольшой трещиной находится воздух. Воздух может медленно просачиваться сквозь трещину. Во время опыта объем сосуда уменьшили в 8 раз, давление воздуха в сосуде увеличилось в 2 раза, а его абсолютная температура увеличилась в 1,5 раза. Каково изменение внутренней энергии воздуха в сосуде? (Воздух считать идеальным газом.)

С3-12. В сосуде с небольшой трещиной находится воздух. Воздух может медленно просачиваться сквозь трещину. Во время опыта объем сосуда уменьшили в 4 раза, давление воздуха в сосуде увеличилось тоже в 4 раза, а его абсолютная температура увеличилась в 1,5 раза. Каково изменение внутренней энергии воздуха в сосуде? (Воздух считать идеальным газом.)

С3-13. С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты Q₁ = 742 Дж, в результате чего его температура изменилась на некоторую величину ΔT. Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты Q₂ = 1039 Дж, в результате чего его температура изменилась также на ΔT. Каким было изменение температуры ΔT в опытах? Масса азота m = 1 кг.

С3-14. С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты Q₁ = 742 Дж, в результате чего его температура изменилась на 1 К. Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты Q₂ = 1039 Дж, в результате чего его температура изменилась также на 1 К. Определите массу азота в опытах.

Читать еще: Двигатель 405 карбюратор нет холостого хода

С3-15. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление p = 4 • 10 5 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня L = 30 см. Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см 2 . В результате медленного нагревания газа поршень сдвинулся на расстояние х = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной F_тр = 3•10 3 H. Какое количество теплоты получил газ в этом процессе? Считать, что сосуд находится в вакууме.

С3-16. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Давление окружающего воздуха р = 10 5 Па. Трение между поршнем и стенками сосуда пренебрежимо мало. В процессе медленного охлаждения от газа отведено количество теплоты │Q│ = 75 Дж. При этом поршень передвинулся на расстояние х = 10 см. Чему равна площадь поперечного сечения поршня? Количество вещества газа постоянно.

С3-17. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа р₁ = 4 · 10 5 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня равно L. Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см 2 . В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние х = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной F_тp = 3 · 10 3 Н. Найдите L. Считать, что сосуд находится в вакууме.

С3-18.Вертикальный замкнутый цилиндрический сосуд высотой 50 см разделен подвижным поршнем весом 110 Н на две части, в каждой из которых содержится одинаковое количество идеального газа при температуре 361 К. Сколько молей газа находится в каждой части цилиндра, если поршень находится на высоте 20 см от дна сосуда? Толщиной поршня пренебречь.

С3-19.В вертикальном теплоизолированном цилиндрическом сосуде под поршнем находится 0,5 моль гелия, нагретого до некоторой температуры. Поршень сначала удерживают, затем отпускают, и он начинает подниматься. Масса поршня 1 кг. Какую скорость приобретет поршень к моменту, когда поршень поднимется на 4 см, а гелий охладится на 20 К? Трением и теплообменом с поршнем пренебречь.

С3-20. Теплоизолированный сосуд объемом V = 2 м 3 разделен теплоизолирующей перегородкой на две равные части. В одной части сосуда находится 2 моль Не, а в другой — такое же количество моль А r . Температура гелия Т₁ = 300 К, а температура аргона Т₂ = 600 К. Определите парциальное давление аргона в сосуде после удаления перегородки.

Термодинамика С3-21. На рисунке изображено изменение состояния 1 моль идеального одноатомного газа. Начальная температура газа 27° С. Какое количество теплоты сообщено газу в этом процессе?

С3-23. На диаграмме представлены изменения давления и объема идеального одноатомного газа. Какое количество теплоты было получено или отдано газом при переходе из состояния 1 в состояние 3?

С3-24. На диаграмме представлены изменения давления и объема идеального одноатомного газа. Какое количество теплоты было получено или отдано газом при переходе из состояния 1 в состояние 3?

С3-25. На диаграмме (см. рисунок) представлены изменения давления и объема идеального одноатомного газа. Какое количество теплоты было получено или отдано газом при переходе из состояния 1 в состояние 3?

Помогите решить задачу : При совершении обратимого цикла в тепловом двигателе к рабочему телу подводится 440 МДж теплоты?

Физика | 10 — 11 классы

Помогите решить задачу : При совершении обратимого цикла в тепловом двигателе к рабочему телу подводится 440 МДж теплоты.

При этом двигатель совершает работу, равную 200МДж.

Определить термический КПД цикла.

Q = 440 * 10 ^ 6 Дж A = 200 * 10 ^ 6 Дж η = ?

Η = A / Q = 200 / 440 = 0.

Тепловой двигатель с КПД 12% совершает за цикл работу 150 Дж?

Тепловой двигатель с КПД 12% совершает за цикл работу 150 Дж.

Определить количество теплоты, отданное за цикл холодильнику.

СРОЧНО?

Тепловой двигатель получает от нагревания 0, 6 МДж теплоты и отдаёт холодильнику 0, 5 МДж теплоты.

Рассчитайте КПД такого двигателя.

Что означает полученный результат?

КПД теплового двигателя 30%.

Рабочее тело получало от нагревателя 5 кДж теплоты.

Рассчитайте работу, совершённую рабочим телом.

КПД теплового двигателя 40%.

Газ получил от нагревателя 5 кДж теплоты.

Какое количество теплоты отдано холодильнику?

За цикл работы идеального теплового двигателя рабочему телу от нагревателя было передано количество теплоты 80 Дж, а холодильнику от рабочего тела — количество теплоты 60 Дж?

За цикл работы идеального теплового двигателя рабочему телу от нагревателя было передано количество теплоты 80 Дж, а холодильнику от рабочего тела — количество теплоты 60 Дж.

Определите КПД теплового двигателя.

Тепловой двигатель совершает за цикл работу 100 Дж?

Тепловой двигатель совершает за цикл работу 100 Дж.

Какое количество теплоты получило при этом от нагрева тела, если КПД двигателя 20% ?

Нагреватель отдает тепловому двигателю за 30 мин количество теплоты, равное 460 МДж, а тепловой двигатель отдает количество теплоты, равное 280 МДж?

Нагреватель отдает тепловому двигателю за 30 мин количество теплоты, равное 460 МДж, а тепловой двигатель отдает количество теплоты, равное 280 МДж.

Определите полезную мощность двигателя.

Количество теплоты, отданное тепловым двигателем за цикл 1, 5кДж, КПД двигателя 20%?

Количество теплоты, отданное тепловым двигателем за цикл 1, 5кДж, КПД двигателя 20%.

Определите полученное от нагревателя за цикл количество теплоты.

КПД теплового двигателя 30%?

КПД теплового двигателя 30%.

Рабочее тело получило от нагревателя 5КДж теплоты.

Расчитайте работу, совершенную двигателем.

Температура нагревателя идеального теплового двигателя Карно 227 ºС, а температура холодильника 27 ºС?

Температура нагревателя идеального теплового двигателя Карно 227 ºС, а температура холодильника 27 ºС.

Рабочее тело двигателя совершает за цикл работу, равную 10 кДж.

Какое количество теплоты получает рабочее тело от нагревателя за один цикл?

Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, равна Т1, а температура холодильника равна Т2?

Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, равна Т1, а температура холодильника равна Т2.

За цикл двигатель совершает работу, равную А.

Выразить кол — во теплоты, отдаваемое двигателем за цикл холодильнику.

Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, t1 = 177С, а температура его холодильника t2 = 27С?

Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, t1 = 177С, а температура его холодильника t2 = 27С.

Если рабочее тело получило от нагревателя количество теплоты Q = 120 МДЖ, то двигатель совершил работу А, равную 1)31 МДж 2)40 МДж 3)62 МДж 4)84 МДж 5)91 МДж.

Читать еще: Шумоизоляция двигателя автомобиля калина своими руками

На этой странице сайта вы найдете ответы на вопрос Помогите решить задачу : При совершении обратимого цикла в тепловом двигателе к рабочему телу подводится 440 МДж теплоты?, относящийся к категории Физика. Сложность вопроса соответствует базовым знаниям учеников 10 — 11 классов. Для получения дополнительной информации найдите другие вопросы, относящимися к данной тематике, с помощью поисковой системы. Или сформулируйте новый вопрос: нажмите кнопку вверху страницы, и задайте нужный запрос с помощью ключевых слов, отвечающих вашим критериям. Общайтесь с посетителями страницы, обсуждайте тему. Возможно, их ответы помогут найти нужную информацию.

Цикл теплового двигателя

Принцип преобразования тепловой энергии в механическую работу состоит в использовании эффекта значительного объемного расширения газообразных рабочих тел при их нагревании.

Чтобы реализовать этот принцип необходимо иметь машину с рабочей полостью переменного объема, который должен быть заполнен рабочим телом. Один их вариантов такой машины — цилиндр с поршнем, перемещение которого позволяет изменять рабочий объем. При подводе теплоты к газу, последний расширяется и, оказывая силовое воздействие на поршень, перемещает его и производит внешнюю работу:

. (1.22)

Из выражения (1.22) видно, что работа будет производиться только при увеличении объема рабочего тела, и как только возможности его расширения будут исчерпаны, преобразование прекратится. Для возобновления полезного действия машины, рабочее тело надо вернуть в исходное состояние, т. е. переместить поршень, уменьшив объем рабочего тела.

Таким образом, для непрерывного получения механической работы необходимо осуществить круговой процесс, т. е. цикл.

Циклом называется совокупность процессов, происходящих в определенной последовательности, в результате осуществления которых рабочее тело возвращается в первоначальное состояние.

На рис. 12 представлены р— v диаграммы циклов работы тепловых машин.

В реальных тепловых двигателях после осуществления каждого цикла происходит смена рабочего тела. Однако возможны и замкнутые циклы, совершаемые с одним и тем же рабочим телом путем изменения параметров его состояния. С точки зрения термодинамики эти две схемы совершенно эквивалентны.

При уменьшении объема рабочего тела будет происходить его сжатие с изменением параметров состояния. При этом, чем больше повышается давление и температура газа, тем выше поднимается кривая сжатия, и тем больше затраты работы на его осуществление. Возможны случаи, когда линия сжатия располагается выше или ниже линии расширения (см. рис. 12).

Очевидно, что при необходимости получения полезной работы имеют смысл только такие циклы, в которых работа сжатия l_сж меньше работы расширения l_p. Эти циклы называются прямыми (рис. 12, а). Они лежат в основе работы тепловых двигателей.

Рис. 12. Прямой (а) и обратный (б) циклы работы тепловых машин

Полезная работа прямого цикла равна разности работ расширения l_р и сжатия l_сж.

В обратных циклах

Работа обратного цикла отрицательна и используется в холодильных машинах.

Таким образом, в непрерывно действующем тепловом двигателе необходимо периодическое повторение прямых циклов, в которых процесс сжатия должен характеризоваться минимальной затратой работы.

Для выполнения последнего условия требуется, чтобы сжатие происходило при наименьшем повышении текущих значений температуры и давления, что может быть достигнуто только в случае отвода теплоты в период возвращения рабочего тела в состояние минимального объема.

Если теплоту не отводить, то работа затраченная на сжатие будет, по крайней мере, равна работе расширения и эффективность такой машины окажется равна нулю.

Таким образом, в любом случае непременным условием преобразования тепловой энергии в механическую, является прямой или косвенный расход теплоты, подведенной в цикле на возвращение рабочего тела в состояние минимального объема. Основным показателем эффективности циклов тепловых двигателей является их термический или термодинамический коэффициент полезного действия (КПД) η_t.

Термодинамический КПД определяет степень преобразования тепловой энергии в механическую в прямом цикле. Он представляет собой отношение величины тепловой энергии, преобразованной в механическую работу Аl, ко всей подведенной теплоте q₁:

. (1.23)

В соответствии с законом сохранения энергии [формула (1.4)]

где q₂ — количество теплоты, отведенной холодильником.

. (1.24)

Цикл Карно

Одна из формулировок второго закона термодинамики звучит так: непременным условием преобразования теплоты в механическую работу является процесс передачи теплоты холодильнику. Поэтому важным вопросом является определение максимального КПД тепловых двигателей, работающих на идеальных газах.

Изучая эту проблему, французский инженер Карно в 1824 г. предложил цикл, который состоит только из обратимых процессов, совершаемый с идеальным газом. При этом Карно использовал такие процессы, которые наилучшим образом удовлетворяют своему назначению в цикле.

Знание данного цикла важно потому, что ни один из обратимых циклов не может иметь термический КПД выше термического КПД цикла Карно, осуществляемого при тех же перепадах температур.

Подвод и отвод теплоты в цикле Карно осуществляется изотермически, процессы сжатия и расширения протекают адиабатно, т. е. наиболее экономичным способом без тепловых потерь.

Двигатель, работающий по циклу Карно, представляет собой поршневую машину, цилиндр которой заполнен идеальным газом. Газ периодически контактирует с источником тепла, имеющим температуру Т₁, или с холодильником, имеющим температуру Т₂ (рис. 13).

Пусть газ имеет первоначальную температуру Т₁ и давление р₁ (точка 1). При нагревании газа от источника тепла происходит медленное изотермическое расширение (кривая 1—2) с подводом теплоты q₁. После этого источник тепла удаляется и газ самопроизвольно расширяется без внешнего теплообмена (кривая 2—3) до температуры Т₂ (точка 3). В процессе адиабатного расширения работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии рабочего тела.

При осуществлении процесса расширения двигатель производит работу.

Рис. 13. р—v диаграмма цикла Карно

По окончании расширения цилиндр соприкасается с холодильником и осуществляется отвод тепла q₂ в холодильник (кривая 3—4), при этом рабочее тело меняет значения своих параметров, уменьшаясь в объеме, а его давление увеличивается. Затем рабочее тело возвращается в исходное состояние путем адиабатного сжатия (кривая 4—1).

В результате цикла Карно рабочее тело совершает полезную работу, соответствующую площади, заключенной внутри контура 1—2—3—4.

Эта работа эквивалентна разности между подведенной (q₁) и отведенной (q₂) теплотой, т. е.

Тогда термический КПД цикла Карно на основании формул (2) и (3) можно представить как

Для изотермических процессов

Здесь отношения объемов v₃/v₄ и v₂/v₁ равны. Тогда

. (1.25)

Дата добавления: 2017-02-13 ; просмотров: 5882 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

голоса

Рейтинг статьи