Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что возможно и невозможно в тепловых двигателях

Что возможно и невозможно в тепловых двигателях

Что возможно и невозможно в тепловых двигателях. Невозможно всё давление рабочего тела использовать для совершения механической работы. Часть давления должна быть отдана окружающей среде. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях не обеспечивая более полного использования потенциальной энергии давления рабочего тела. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях преобразующих давление в механическую энергию вращения не обеспечивая постепенное увеличение площади, воспринимающей давление, и одновременное удаление её от центра вращения. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях используя в качестве рабочего тела только газообразное. Достижение максимального КПД возможно только при использовании в цикле расширения дополнительного рабочего тела обладающего иными физическими свойствами чем газ.

Слайд 8 из презентации «Тепловые двигатели, виды тепловых двигателей». Размер архива с презентацией 778 КБ.

Физика 10 класс

«Нильс Бор» — Сборная Дании по футболу. Почетный член многих академий мира. Учеба и работа Нильса Бора. Нильс Бор. Пример Бора. Эллен Бор. Великие учёные и спорт. Спортивные увлечения Нильса Бора. Важнейшие достижения Бора в науке. Институт теоретической физики Бора.

«Альтернативные виды топлива» — Спирт. Электроэнергия. Водород. Сжатый воздух. Современные заменители топлива. Альтернативные виды топлива. Виды топлива. Наше настоящее. Процесс переработки мусора. Биотопливо. Солнечная энергия.

««Электрический ток» 10 класс» — Вопросы. Условия. План урока. Тело заряжено отрицательно. От чего же зависит величина тока. Тела электризуются при контакте (соприкосновении). Заряды бывают двух видов – положительные и отрицательные. Между напряжением и силой тока зависимость. Слово «электричество» происходит от греческого слова «электрон». Электрический ток. Актуализация знаний. Как меняется сила тока при изменении сопротивления.

«Аморфные и кристаллические вещества» — Решение качественных задач. Монокристаллы и поликристаллы. Учащиеся познакомились со строением и свойствами. Демонстрация различных моделей кристаллических решеток. Наблюдение кристаллической структуры некоторых веществ. При кратковременном воздействии проявляют упругие свойств. Демонстрация доказательств свойств аморфных тел. Историческая справка. Кристаллические и аморфные тела. Особенности внутреннего молекулярного строения твердых тел.

«Закон сохранения и превращения энергии» — Существует два вида механической энергии. Примеры применения закона сохранения энергии. Упавший и отскочивший от земли мячик. Энергия не возникает и не исчезает. Шарик движется вниз по наклонному желобу без трения. Тело брошено вертикально вверх. Полная механическая энергия тела. Санки массой m тянут в гору с постоянной скоростью. Закон сохранения и превращения механической энергии. Цель. Историческая справка.

«Газы, газовые законы» — Участок отображает изобарное сжатие газа. Давление постоянно. Изохора в координатах. Введение. Отношение объема к температуре постоянно. Процесс изменения состояния термодинамической системы. Если давление уменьшается, то объем растет. Участок отображает изохорное охлаждение газа. Газовые законы. Универсальная газовая постоянная. Реши задачу. Изотерма в координатах. Переведи единицы измерения объема, массы, температуры.

Всего в теме «Физика 10 класс» 89 презентаций

1. Теоретические основы работы тепловых двигателей

1.1. Преобразование энергии в тепловых двигателях. Рабочее тело

Рассмотрим в общих чертах процесс преобразования тепловой энергии в механическую в основных типах тепловых двигателей – паротурбинных установках (ПТУ) и двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

В любой паротурбинной установке теплота от продуктов сгорания передается кипящей воде, которая превращается в пар, перегревается в пароперегревателе и поступает на рабочую часть турбины. Температура и давление пара перед турбиной гораздо выше, чем эти параметры окружающей среды, поэтому пар способен совершить работу, которую он и совершает в процессе адиабатного расширения на проточной части турбины. При этом давление и температура пара понижается и отработавший пар поступает в конденсатор, где он конденсируется, отдавая свою теплоту парообразования. Образованный конденсат насосом подается в котел, цикл рабочего тела замыкается. Трансформация тепловой энергии продуктов сгорания в механическую энергию вращения ротора осуществляется в процессе изменения теплового и агрегатного состояния рабочего тела.

При работе ДВС рабочее тело получается в результате горения топливной смеси, подаваемой в пространство цилиндра между его крышкой и поршнем. Т.к. температура и давление рабочего тела больше температуры и давления окружающей среды, оно способно совершить работу, поэтому рабочее тело расширяется, передвигая поршень. Эта энергия непосредственно используется для совершения работы и обратного движения поршня, которое происходит за счет части энергии, переданной через кривошипно-шатунный механизм маховику.

В обоих примерах рабочим телом служит газ или пар. В качестве рабочего тела можно использовать твердое, жидкое или газообразное вещество, но наиболее эффективно теплота переходит в работу в телах, резко меняющих свой объем при изменении температуры.

Такое изменение объема (и давления) при изменении температуры называется процессом, ход которого контролируется по параметрам состояния рабочего тела. К ним относятся в первую очередь давление (p), температура (t) и удельный объем (v).

Рабочим телом в термодинамике называют некоторое промежуточное тело, при помощи которого осуществляется трансформация тепловой энергии в механическую в тепловых двигателях.

1.2. Законы термодинамики

Из анализа процесса преобразования тепловой энергии (q) в механическую () следует, что необходим подвод теплоты (q1) и ее отвод (q2). Подвод теплоты осуществляется в процессе приготовления рабочего тела (перегретого пара в ПТУ и продуктов сгорания в ДВС), а отвод теплоты в первом случае обеспечивается при конденсации отработавшего пара, а во-втором – путем удаления продуктов сгорания (выхлопа) из двигателя. Кроме того в ДВС, из-за их конструктивных особенностей, часть теплоты отводится дополнительно с охлаждающей водой.

Изложенное позволяет сформулировать два основных закона термодинамики:

I закон: “для обеспечения работы теплового двигателя необходимо подводить теплоту”;

II закон термодинамики: “для обеспечения работы теплового двигателя необходимо отводить теплоту”.

Разница между подведенной и отведенной теплотой и представляет собой результат функционирования теплового двигателя – работу = q1q2.. Отсюда, зная, что любой коэффициент полезного действия (КПД) – это отношение полученного к затратам, запишем выражение для определения теоретического КПД теплового двигателя (ηt)

Читать еще:  Что такое катализатор в двигателе мазда 3

. (1)

Презентация «Тепловые двигатели, виды тепловых двигателей» по физике – проект, доклад

Презентацию на тему «Тепловые двигатели, виды тепловых двигателей» можно скачать абсолютно бесплатно на нашем сайте. Предмет проекта: Физика. Красочные слайды и иллюстрации помогут вам заинтересовать своих одноклассников или аудиторию. Для просмотра содержимого воспользуйтесь плеером, или если вы хотите скачать доклад — нажмите на соответствующий текст под плеером. Презентация содержит 11 слайд(ов).

Слайды презентации

Современные Тепловые двигатели

Современные двигатели неполного объёмного расширения

Поршневые ДВС неполного объёмного расширения (степень сжатия = степени расширения) характеризуются высокими начальными параметрами рабочих газов (давление, температура), но не обеспечивают их полного срабатывания из-за низкой степени расширения, обусловленной несовершенством кривошипно-шатунного кинематического механизма (КШМ), используемого для преобразования потенциальной энергии в механическую энергию вращения вала. Степени сжатия и расширения равны, но после воспламенения сжатой топливовоздушной смеси давление продуктов сгорания повышается ещё в несколько (4-5) раз, при этом, не обеспечивается их расширение до атмосферного давления и они, имея высокое давление и температуру, выпускаются в атмосферу и при этом наносят вред окружающей среде.

К поршневым ДВС с кривошипно-шатунным механизмом относятся поршневые двигатели Отто и Дизеля, роторно-поршневой Ванкеля, и поршневой Стирлинга. Активная площадь S, воспринимающая давление газов, постоянна. Произведение силы F = РхS, создающей вращающий момент на не постоянный и изменяющий свою величину от 0 до максимума и за тем до 0, приведённый радиус R, имеет в итоге не большую величину, что указывает на не эффективное преобразование давления рабочего тела в механическую энергию вращения вала.

Поршневые ДВС с кольцевыми цилиндрами и механизмами относительного движения поршней.

Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания с более сложным, чем кривошипно-шатунный, рычажно-кулачковым механизмом взаимного движения поршней и передачи усилия давления газов с поршней на вал, габариты которого в 2 раза больше, чем габариты цилиндропоршневой части. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения и высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей, высокую токсичность выхлопных газов, высокий расход топлива.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя – применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри кольцевого цилиндра и состоящего из четырех лопастей. На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта. В данной конструкции возможно реализовать только четырехтактный цикл. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения и высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Главное его отличие от поршневых двигателей состоит в замене возвратно-поступательного движения поршней вращательным одного ротора треугольной формы. На рисунке слева приведена конструкция роторно-поршневого двигателя. Его основными частями являются корпус, эксцентриковый вал (эквивалент кривошипа) и ротор. В корпусе вращается эксцентриковый вал отбора мощности, на котором установлен ротор. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения, и, соответственно, высокий удельный расход горючего, высокую токсичность выхлопных газов, невысокий ресурс работы, а так же высокую теплонапряженность ротора.

Газотурбинные двигатели полного необъёмного расширения.

Газотурбинные двигатели (ГТД) полного необъёмного расширения, используемые для преобразования кинетической энергии газов в механическую энергию вращения вала, имеют невысокие начальные параметры, но обеспечивают полное расширение газов до атмосферного давления. Эффективность преобразования кинетической энергии осевого потока газов в перпендикулярный осевому М кр. не более 20% от располагаемой, соответственно, удельный расход горючего высокий. Температура выхлопных газов так же достаточно высокая. Имеют самую большую удельную мощность среди ДВС.

Что возможно и невозможно в тепловых двигателях.

Невозможно всё давление рабочего тела использовать для совершения механической работы. Часть давления должна быть отдана окружающей среде. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях не обеспечивая более полного использования потенциальной энергии давления рабочего тела. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях преобразующих давление в механическую энергию вращения не обеспечивая постепенное увеличение площади, воспринимающей давление, и одновременное удаление её от центра вращения. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях используя в качестве рабочего тела только газообразное. Достижение максимального КПД возможно только при использовании в цикле расширения дополнительного рабочего тела обладающего иными физическими свойствами чем газ.

Достижение максимального КПД возможно только при максимальном использовании двух видов энергии которой обладает рабочее тело перед расширением. Невозможно обеспечить максимального КПД термодинамическими и рабочими циклами не обеспечивающими полного использования энергии которой обладает рабочее тело перед расширением. Возможно для достижения максимально КПД использование не только потенциальной энергии давления газообразного рабочего тела но, и его внутренней энергии, используя её для генерации потенциальной энергии давления рабочего тела с иными свойствами чем у газообразного, а именно, парообразующей жидкости. Возможно генерация дополнительного рабочего тела непосредственно в процессе расширения газообразного.

Турбина объёмного расширения (ТОР).

В современных осевых газовых и паровых турбинах необъёмного расширения один поток рабочего тела движется в направлении оси вала турбины, при этом, крутящий момент создаёт окружная сила, возникающая на лопатках ротора турбины и действующая перпендикулярно осевому потоку. Известна однопоточная радиальная турбина необъёмного расширения, предложенная в 1912 г. в Швеции братьями Юнгстрем. Рабочее тело в ней движется при расширении от центра к периферии в плоскости, перпендикулярной оси турбины. В ней нет неподвижных сопловых лопаток, два ротора вращаются в противоположных направлениях и мощность, развиваемая турбиной, передаётся двум валам. Как и осевые турбины она использует кинетическую энергию одного потока и является чисто реактивной

Диаграмма теплового баланса современных ДВС.

Тепловой двигатель

Термодинамика возникла как наука с основной задачей – созданием наиболее эффективных тепловых машин.

Читать еще:  Газель бизнес двигатель умз 4216 заливает свечи

Тепловая машина или тепловой двигатель – это периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получения теплоты.

Обычно совершение работы в тепловом двигателе производится газом при его расширении. Газ, находящийся в нем, получил название рабочего тела. Зачастую его заменяют на воздух или водяные пары. Расширение газа происходит по причине повышения его температуры и давления.

Устройство, от которого рабочее тело получает тепло Q n , называю нагревателем.

Это понимается как расширение от объема V 1 к V 2 V 2 > V 1 , затем сжатие до первоначального объема. Чтобы значение совершаемой работы за цикл было больше нуля, необходимо температуру и давление увеличить и сделать больше, чем при его сжатии. То есть при расширении телу сообщается определенное количество теплоты, а при сжатии отнимается. Значит, кроме нагревателя тепловой двигатель должен иметь холодильник, которому рабочее тело может отдавать тепло.

Рабочее тело совершает работу циклично. Очевидно, изменение внутренней энергии газа в двигателе равняется нулю. Если при расширении от нагревателя к рабочему телу передается теплота в количестве Q n , то при сжатии Q ‘ c h теплота рабочего тела передается холодильнику по первому закону термодинамики, учитывая, что ∆ U = 0 , то значение работы газа в круговом процессе запишется как:

A = Q n — Q ‘ c h ( 1 ) .

Отсюда теплота Q ‘ c h ≠ 0 . Выгодность двигателя определяется по количеству выделенной и превращенной теплоты, полученной от нагревателя, в работу. Его эффективность характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД), определяющимся как:

Запись уравнения ( 2 ) при учитывании ( 1 ) примет вид:

η = Q n — Q ‘ c h Q n ( 3 ) , КПД всегда.

Машина, отбирающая от тела с меньшей температурой определенное количество теплоты Q c h и отдающая его Q ‘ n телу с наиболее высокой температурой с Q ‘ n > Q c h , получила название холодильной машины.

Данная машина должна совершить работу A ‘ в течение цикла. Эффективность холодильной машины определяется по холодильному коэффициенту, вычисляемому:

a = Q ‘ n A ‘ = Q ‘ n Q ‘ n — Q c h ( 4 ) .

КПД необратимого теплового двигателя всегда меньше, чем работающего по обратимому циклу.

КПД теплового двигателя

Французским инженером Саади Карно была установлена зависимость КПД теплового двигателя от температуры нагревателя T n и холодильника T c h . Форма конструкции теплового двигателя и выбор рабочего тела не влияет на КПД идеальной тепловой машины:

η m a x = T n — T c h T n ( 5 ) .

Любой реальный тепловой двигатель может обладать КПД η ≤ η m a x .

Принцип работы теплового двигателя

Идеальная машина, модель которой разработал Карно, работает по обратимому циклу, состоящему из двух изотерм ( 1 — 2 , 4 — 3 ) и двух адиабат ( 2 — 3 , 4 — 1 ) , изображенная на рисунке 1 . В качестве рабочего тела выбран идеальный газ. Прохождение адиабатного процесса происходит без подвода и отвода тепла.

Участок 1 — 2 характеризуется сообщением рабочему телу от нагревателя с температурой T n количества тепла Q n . При изотермическом процессе запись примет вид:

Q n = T n ( S 2 — S 1 ) ( 6 ) , где S 1 , S 2 являются энтропиями в соответствующих точках цикла из рисунка 1 .

Видно, что участок 3 — 4 характеризуется отдачей тепла холодильнику с температурой T c h идеальным газом, причем количество теплоты равняется получению газом теплоты — Q c h , тогда:

— Q c h = T c h ( S 1 — S 2 ) ( 7 ) .

Выражение, записанное в скобках в ( 7 ) , указывает на приращение энтропии процесса 3 — 4 .

Принцип действия тепловых двигателей КПД

Произведем подстановку ( 6 ) , ( 7 ) в определение КПД теплового двигателя и получаем:

η = T n ( S 2 — S 1 ) + T c h ( S 1 — S 2 ) T n ( S 2 — S 1 ) = T n — T c h T n ( 8 ) .

В выведенном выражении ( 8 ) не выполнялось предположений о свойствах рабочего тела и устройстве теплового двигателя.

По уравнению ( 8 ) видно, что для увеличения КПД следует повышать T n и понижать T c h . Достижение значения абсолютного нуля невозможно, поэтому единственное решение для роста КПД – увеличение T n .

Задача по созданию теплового двигателя, совершающего работу без холодильника, очень интересна. В физике она получила название вечного двигателя второго рода. Такая задача не находится в противоречии с первым законом термодинамики. Данная проблема считается неразрешимой, как и создание вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт в термодинамике приняли в качестве постулата – второго начала термодинамики.

Рассчитать КПД теплового двигателя с температурой нагревания 100 ° С и температурой холодильника, равной 0 ° С . Считать тепловую машину идеальной.

Решение

Необходимо применение выражения для КПД теплового двигателя, которое записывается как:

η = T n — T c h T n .

Используя систему С И , получим:

T n + 100 ° C + 273 = 373 ( К ) . T c h = 0 ° C + 273 = 273 ( К ) .

Подставляем числовые значения и вычисляем:

η = 373 — 273 373 = 0 , 27 = 27 % .

Ответ: КПД теплового двигателя равняется 27 % .

Найти КПД цикла, представленного на рисунке 2 , если в его пределах объем идеального газа проходит изменения n раз. Считать рабочим веществом газ с показателем адиабаты γ .

Решение

Основная формула для вычисления КПД, необходимая для решения данной задачи:

η = Q n — Q ‘ n Q n ( 2 . 1 ) .

Получения тепла газом происходит во время процесса 1 — 2 Q 12 = Q n :

Q 12 = ∆ U 12 + A 12 ( 2 . 2 ) , где A 12 = 0 потому как является изохорным процессом. Отсюда следует:

Q 12 = ∆ U 12 = i 2 R T 2 — T 1 ( 2 . 3 ) .

Процесс, когда газ отдает тепло, обозначается как 3 — 4 , считается изохорным — Q 34 = Q ‘ c h . Формула примет вид:

Q 34 = ∆ U 34 = i 2 v R T 4 — T 3 ( 2 . 4 ) .

Адиабатные процессы проходят без подвода и отвода тепла.

Произведем подстановку полученных количеств теплоты в выражение для КПД, тогда:

η = i 2 v R T 2 — T 1 + i 2 v R T 4 — T 3 i 2 v R T 2 — T 1 = T 2 — T 1 + T 4 — T 3 T 2 — T 1 = 1 — T 3 — T 4 T 2 — T 1 ( 2 . 5 ) .

Следует применить уравнение для адиабаты процессу 2 — 3 :

T 2 V 1 γ — 1 = T 3 V 2 γ — 1 → T 2 = T 3 V 2 γ — 1 V 1 γ — 1 = T 3 n γ — 1 ( 2 . 6 ) .

Используем выражение для адиабаты процесса 4 — 1 :

T 1 V 1 γ — 1 = T 3 V 2 γ — 1 → T 1 = T 4 V 2 γ — 1 V 1 γ — 1 = T 4 n γ — 1 ( 2 . 7 ) .

Перейдем к нахождению разности температур T 2 — T 1 :

T 2 — T 1 = T 3 — T 4 n Г — 1 ( 2 . 8 ) .

Произведем подстановку из ( 2 . 8 ) в ( 2 . 5 ) :

η = 1 — T 3 — T 4 T 3 — T 4 n γ — 1 = 1 — 1 n γ — 1 = 1 — n 1 — γ ( 2 . 9 ) .

Ответ: КПД цикла равняется η = 1 — n 1 — Г .

Давление рабочего тела в тепловых двигателях

Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Но располагать запасами энергии еще недостаточно. Необходимо уметь за счет энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства транспорта, тракторы и другие машины, вращать роторы генераторов электрического тока и т. д. Человечеству нужны двигатели — устройства, способные совершать работу.

Читать еще:  Что такое полюс в асинхронном двигателе

Необратимость процессов в природе налагает определенные ограничения на возможность использования внутренней энергии для совершения работы в тепловых двигателях.

Роль тепловых двигателей в развитии теплоэнергетики и транспорта. Большая часть двигателей на Земле — это тепловые двигатели, т. е. устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей (в основном мощных паровых турбин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Более 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях.

Тепловые двигатели паровые турбины — устанавливают также на всех атомных электростанциях. На этих станциях для получения пара высокой температуры используется энергия атомных ядер.

Далее, на всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели. На автомобильном транспорте применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания с внешним образованием горючей смеси (карбюраторные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси непосредственно внутри цилиндров (дизели) Эти же двигатели устанавливаются на тракторах, незаменимых в сельском хозяйстве.

На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с дизельными установками и электровозы. Но и электровозы в конечном счете получают энергию преимущественно от тепловых двигателей электростанций.

На водном транспорте используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные паровые турбины для крупных судов.

В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигатели, а на огромных лайнерах — турбореактивные и реактивные двигатели, которые также относятся к тепловым двигателям. Реактивные двигатели применяются и на космических ракетах.

Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех видов скоростного транспорта.

Основное условие работы тепловых двигателей. Во всех тепловых двигателях топливо при сгорании повышает температуру рабочего тела на сотни или тысячи градусов по сравнению с окружающей средой. При этом повышается давление рабочего тела по сравнению с давлением окружающей среды, т. е. атмосферы, и тело совершает работу за счет своей внутренней энергии. Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ.

Ни один тепловой двигатель не может работать при одинаковой температуре его рабочего тела и окружающей среды. В состоянии теплового равновесия не происходит никаких макроскопических процессов; в частности, не может совершаться работа.

Тепловой двигатель совершает работу за счет внутренней энергии в процессе перехода теплоты от более горячих тел к более холодным. При этом совершаемая работа всегда меньше количества теплоты, получаемой двигателем от горячего тела (нагревателя). Часть теплоты передается более холодному телу (холодильнику).

Роль холодильника. Выясним, почему при работе теплового двигателя неизбежна передача части теплоты холодильнику.

При адиабатном расширении газа в цилиндре (рис. 45) работа совершается за счет убыли внутренней энергии без передачи теплоты холодильнику. Согласно формуле (4.14) . При изотермическом процессе вся передаваемая газу теплота оказывается равной работе; .

Однако как в первом, так и во втором процессах работа совершается при однократном расширении газа до давления, равного внешнему (например, атмосферному давлению). Двигатель же должен работать длительное время. Это возможно лишь в том случае, когда все части двигателя (поршни, клапаны и т.д.) совершают движения, повторяющиеся через определенные промежутки времени. Двигатель должен периодически по прошествии одного рабочего цикла возвращаться в исходное состояние; или же в двигателе должен совершаться неизменный во времени (стационарный) процесс (например, непрерывное вращение турбины).

Чтобы возвратить газ в цилиндре в исходное состояние, его необходимо сжать. Для сжатия газа надо совершить над ним работу. Работа сжатия будет меньше работы, совершаемой самим газом при расширении, если газ сжимать при меньшей температуре, а значит, и при меньшем давлении, чем это происходило при расширении газа. Для этого необходимо до сжатия или в процессе сжатия охладить газ, передав некоторое количество теплоты холодильнику.

В используемых на практике двигателях совершивший работу (отработанный) газ (или пар) не охлаждают перед последующим сжатием, а выпускают из двигателя и следующий рабочий цикл начинают с новой порцией газа. Отработанный газ имеет более высокую температуру, чем окружающие тела, и передает им некоторое количество теплоты.

Для вращения паровой турбины на ее лопасти непрерывно подается горячий пар под большим давлением, который после совершения работы охлаждается и выводится из турбины. Остывая и конденсируясь, пар передает теплоту окружающим телам.

У паровой турбины или машины нагревателем является паровой котел, а холодильником — атмосфера или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара — конденсаторы. В двигателях внутреннего сгорания повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри двигателя и «нагревателем» являются сами раскаленные продукты сгорания топлива. Холодильником также служит атмосфера, куда выбрасываются отработанные газы.

Принципиальная схема теплового двигателя изображена на цветной вклейке Рабочее тело двигателя получает количество теплоты от нагревателя, совершает работу А и передает холодильнику количество теплоты

Другая формулировка второго начала термодинамики. Невозможность полного превращения внутренней энергии в работу в тепловых двигателях, периодически возвращающихся в исходное состояние, обусловлена необратимостью процессов в природе и лежит в основе еще одной формулировки второго закона термодинамики.

Эта формулировка принадлежит английскому ученому У. Кельвину: невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника.

Обе формулировки второго закона термодинамики взаимно обусловливают друг друга. Если бы теплота могла самопроизвольно переходить от холодильника к нагревателю, то внутренняя энергия могла бы быть полностью превращена в работу с помощью любого теплового двигателя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector