Para construir una máquina térmica que puede hacer el trabajo mediante el uso de calor, es necesario crear ciertas condiciones.En primer lugar, el motor térmico para operar en un modo cíclico, donde el número de los procesos termodinámicos consecutivos para crear un bucle.El resultado de la de gas de ciclo cerrado en un cilindro con un pistón móvil, funciona.Pero un ciclo para el funcionamiento periódicamente la máquina es pequeña, debe efectuar los ciclos varias veces dentro de un cierto tiempo.El trabajo total realizado durante el tiempo especificado, en realidad, dividido por el tiempo da otro concepto importante - el poder.
A mediados del siglo XIX creó los primeros motores térmicos.Ellos son el trabajo, pero gastan más cantidad de calor producido por la combustión de combustible.Fue entonces que los físicos teóricos preguntaron: "Como funciona un gas en la máquina térmica?Cómo aprovechar al máximo el trabajo con el mínimo de combustible? »
para realizar el análisis del gas necesario para entrar en todo el sistema de definiciones y conceptos.La colección de todas las definiciones, y creó un área de investigación conjunto, denominado "Ingeniería Termodinámica".En termodinámica, fue adoptado por una serie de supuestos, que no supone merma de las principales conclusiones.Herramientas cuerpo - gas efímera (no existe), que puede ser comprimido a volumen cero cuyas moléculas no interactúan.En el medio natural, sólo hay gases reales, que tienen propiedades bien definidas, indistinguibles de un gas ideal.
Para ver un modelo de la dinámica del fluido de trabajo, se han ofrecido las leyes de la termodinámica, que describen los procesos termodinámicos básicos tales como: proceso isocórico
- - un proceso que se lleva a cabo sin cambiar el volumen del fluido de trabajo.Condiciones proceso isocórico, v = const;
- proceso isobárico - un proceso que se lleva a cabo sin cambiar la presión en el fluido de trabajo.Condiciones proceso isobárico, P = const;Proceso
- aislado (isotérmica) - un proceso que se lleva a cabo mientras se mantiene la temperatura a un nivel dado.Proceso isotérmico, T = const;Proceso
- adiabática (adiabática, llamada ingeniería de calor moderna) - un proceso, realizado en el espacio sin intercambio de calor con el medio ambiente.Condiciones de proceso adiabático, q = 0;Proceso politrópico
- - es el proceso de síntesis, que describe todos los procesos termodinámicos mencionados anteriormente, así como todas las otras oportunidades para participar en un cilindro con un pistón móvil.
Durante la creación de los primeros motores de calor estaban buscando un ciclo en el que se puede obtener la mayor eficiencia (eficiencia).Sadi Carnot, el examen de un conjunto de procesos termodinámicos, instintivamente vino a el desarrollo de su ciclo, obtuvo su nombre - el ciclo de Carnot.Se ha realizado consistentemente isotérmica, a continuación, el proceso de compresión adiabática.El fluido de trabajo después de estos procesos tiene un margen de energía interna, pero el ciclo no se ha completado, por lo que el líquido se expande de trabajo y lleva a cabo el proceso de expansión isotérmica.Para completar el ciclo y volver a la configuración original del fluido de trabajo se lleva a cabo proceso de expansión adiabática.
Carnot demostró que la eficiencia en su ciclo alcanza un máximo y depende sólo de la temperatura de las dos isotermas.Cuanto mayor sea la diferencia entre ellos, la eficiencia térmica correspondientemente mayor.Los intentos de crear un motor térmico del ciclo de Carnot y fracasaron.Es un ciclo ideal que no se pueden realizar.Pero él demostró el principio fundamental de la segunda ley de la imposibilidad de conseguir un trabajo, igual a los costos de la energía térmica.Hizo una serie de definiciones a la segunda (la ley) de la termodinámica, según la cual Rudolf Clausius introdujo el concepto de entropía.La principal conclusión de su investigación - la entropía está aumentando, lo que conduce a la térmica "muerte".
logro más importante fue la comprensión del proceso adiabático Clausius, la entropía al realizar los cambios de fluido de trabajo.Por lo tanto, el proceso adiabático Clausius - es s = const.Aquí es - es la entropía, lo que da otro nombre para el proceso se lleva a cabo sin alimentación o eliminación del calor - proceso isentrópico.El científico estaba buscando una máquina térmica de ciclo tal, que no se produjo un aumento de la entropía.Pero, por desgracia, esto no ha demostrado la misma.Por lo tanto deduje que el motor térmico no se puede crear en absoluto.
Pero no todos los investigadores se han configurado como pesimista.Buscaban los ciclos reales de los motores térmicos.Como resultado de su búsqueda Nikolaus August Otto creó su máquina térmica de ciclo, que ahora se está aplicando en los motores que funcionan con gasolina.Aquí, el proceso realizado por la compresión adiabática del cuerpo de trabajo y la entrada de calor isocórico (combustión a volumen constante), entonces hay expansión adiabática (trabajo realizado en el medio de trabajo en aumento en su volumen), y la eliminación de calor isocórico.En primer motor de combustión interna Otto utiliza como gases combustibles combustibles.Muchos fueron más tarde inventaron carburadores, que comenzaron a crear mezcla benzovozdushnoy de vapores de aire y gasolina y alimentarlos en el cilindro del motor.
En Otto mezcla de combustible de ciclo está comprimido, por lo que la cantidad de compresión es relativamente pequeña - la mezcla de combustible tiende a detonar (explotar al llegar a la presión crítica y la temperatura).Por lo tanto, el trabajo en el proceso de compresión adiabática es relativamente baja.Aquí hemos introducido otro concepto: la relación de compresión - la proporción del volumen total en relación al volumen.
Encontrar formas de aumentar la eficiencia energética de los combustibles continuaron.Aumento de la eficiencia visto en el aumento de la relación de compresión.Rudolf Diesel desarrolló su ciclo en el que se realiza el suministro de calor a presión constante (en el proceso isobárico).Se sirvió de base para los motores de ciclo utilizando combustible diesel (también conocido como el combustible diesel).El ciclo Diesel no se comprime la mezcla de combustible-aire y aire.Así que ellos dicen que el trabajo se realiza en un proceso adiabático.La temperatura y la presión en el extremo de alta compresión, así que la boquilla se lleva a cabo a través de la inyección de combustible.Se mezcla con aire caliente, se forma una mezcla combustible.Se quema, aumenta la energía interna del fluido de trabajo.Además expansión del gas está en el, accidente cerebrovascular comprometida adiabático.
intento de implementar el ciclo Diesel en motores térmicos falló, así que Gustav Trinkler creó ciclo combinado Trinklera.Y su uso en motores diesel actuales.En el ciclo del calor suministrado por Trinklera isochor, y luego en las isobaras.Sólo después de esto se hace, el proceso de expansión adiabática del fluido de trabajo.
Por analogía con el motor térmico de pistones y de la turbina de trabajo.Sin embargo, su proceso de eliminación de calor en el extremo de la expansión adiabática útil del gas se realiza mediante isobaras.Para aviones con proceso de turbina y adiabática turbohélice se realiza dos veces durante la compresión y expansión.
Para justificar todos los conceptos fundamentales del proceso adiabático se han propuesto fórmulas.Parece importante cantidad, llamado el índice adiabático.Su valor para un gas diatómico (oxígeno y nitrógeno - son los principales gases diatómicas presentes en el aire) igual a 1,4.Para calcular el índice adiabático utiliza dos características interesantes, a saber, isobárica y isócoro capacidad calorífica del fluido de trabajo.La relación de k = Cp / Cv - es el índice adiabático.
Por qué los motores térmicos de ciclo teórico utilizado proceso adiabático?En realidad se realizan proceso politrópico, pero debido a que se producen a gran velocidad, hizo suponer la ausencia de intercambio de calor con el medio ambiente.
90% de la electricidad es generada por centrales térmicas.En ellos se utiliza como el vapor de fluido de trabajo.Se obtiene en el agua hirviendo.Para aumentar la capacidad de trabajo de vapor, es sobrecalentado.A continuación, el vapor de agua sobrecalentado a alta presión se suministra a la turbina de vapor.También cometió un vapor de proceso de expansión adiabática.Turbina empieza a rodar, se transmite al generador eléctrico.Eso, a su vez, genera la electricidad a los consumidores.Las turbinas de vapor operan en el ciclo Rankine.Lo ideal sería que la eficiencia también se asocia con un aumento de la temperatura y la presión de vapor.
Como se ve por lo anterior, el proceso adiabático es muy común en la producción de energía mecánica y eléctrica.
