modernos requieren una amplia operación de las máquinas térmicas.Numerosos intentos para reemplazarlos con motores eléctricos está experimentando el fracaso.Los problemas asociados con la acumulación de energía eléctrica en sistemas autónomos se resuelven con gran dificultad.
todavía cuestiones pertinentes de baterías de tecnología de producción de electricidad en función de su uso a largo plazo.Características de velocidad de los vehículos eléctricos están lejos de los de los coches motores de combustión interna.
primeros pasos en la creación de motores híbridos pueden reducir significativamente las emisiones nocivas en las áreas metropolitanas, la solución de problemas ambientales.
poco de historia
posibilidad
de convertir la energía del vapor en energía cinética se ha conocido desde la antigüedad.130 aC: Filósofo Herón de Alejandría presenta al juguete espectadores vapor - eolipil.Esfera llena con vapor de agua, vino en rotación bajo la acción de los chorros que emanan de la misma.Este prototipo de la turbina de vapor moderna en el momento no se encontró la aplicación.
muchos años y siglos de desarrollo del filósofo considera un juguete divertido.En 1629 el italiano D. Branca creó una turbina proactiva.Steam puso en marcha el disco provisto de cuchillas.
Desde entonces, el rápido desarrollo de las máquinas de vapor.Motor térmico
transformación de la energía interior en la energía del movimiento de las piezas de máquinas y mecanismos utilizados en los motores térmicos.Partes
principales: un calentador (sistema de obtención de energía desde el exterior), cuerpo de trabajo (hace un efecto beneficioso), nevera.Calentador
está diseñado para el fluido de trabajo para acumular stock suficiente de la energía interna para el trabajo útil.Frigorífico elimina el exceso de energía.
principal eficiencia característica llamada la eficiencia de los motores térmicos.Este valor muestra la cantidad de energía gastada en la calefacción se gasta en trabajo útil.Cuanto mayor sea la eficiencia, más rentable la operación de la máquina, pero este valor no puede exceder de 100%.
eficiencia cálculo
Deje la estufa comprado de energía fuera igual a Q1.Trabajar el cuerpo haga el trabajo A, mientras que la energía dedicada refrigerador estaba Q2.
Basado en la definición, calcular el importe de la eficiencia:
η = A / Q1.Suponemos que A = Q1 - Q2.
Por lo tanto la eficiencia de un motor térmico, la fórmula tiene la forma η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, las siguientes conclusiones: la eficiencia
- no puede exceder de 1 (o 100%);
- para maximizar este valor, debe aumentar la energía recibida desde el calentador, o una disminución de la energía, dio el refrigerador;
- trabajo calentador de aumento de energía para cambiar la calidad de los combustibles;
- reducir energía dada la nevera, permita alcanzar las características de diseño de motores.
motor térmico ideales
posible la creación de tal motor, la eficiencia de lo que sería el máximo (en un ideal - igual a 100%)?Encuentre la respuesta a esa pregunta intentado físico francés y un talentoso ingeniero Sadi Carnot.En 1824 sus cálculos teóricos de los procesos en los gases fueron puestos en libertad.
idea básica inherente a la máquina ideal puede ser considerado como la realización de procesos reversibles con gas ideal.Comience con expansión isotérmica del gas a una temperatura T1.La cantidad de calor necesaria para este fin, - Q1.Cuando el gas se expande sin calor (proceso adiabático).Al llegar a la temperatura T2, el gas se comprime isotérmicamente, pasando la energía Q2 refrigerador.El retorno del gas a su estado original se realiza adiabáticamente.Eficiencia
de un motor ideales de calor de Carnot con cálculo preciso es la relación entre la diferencia de temperatura entre los dispositivos de calentamiento y enfriamiento de la temperatura, que tiene un calentador.Se ve así: η = (T1 - T2) / T1.
posible eficiencia de un motor térmico, la fórmula tiene la forma: η = 1 - T2 / T1, sólo depende de las temperaturas del calentador y enfriador y no puede ser más de 100%.
Por otra parte, esta relación nos permite demostrar que la eficiencia de los motores de calor puede ser igual a la unidad sólo cuando la temperatura del refrigerador del cero absoluto.Como es sabido, este valor es inalcanzable.
cálculos teóricos permiten determinar la máxima eficiencia de Carnot de un motor térmico de cualquier diseño.
Proven teorema de Carnot es como sigue.Un motor térmico arbitraria, bajo ninguna circunstancia, no son capaces de tener una eficiencia de más que el motor térmico ideales mismas eficiencias.
Ejemplo resolver
Ejemplo 1. ¿Cuál es la eficiencia de un motor térmico ideales, cuando la temperatura del calentador es 800 ° C, y la temperatura por debajo de 500 ° C en el refrigerador?
T1 = 800 ° C = 1073 K, DT = 500 ° C = 500 K, η -?
Solución:
Por definición: η = (T1 - T2) / T1.
no nos dieron la temperatura del refrigerador, pero? T = (T1 - T2), por lo tanto:
η =? T / T1 = 500 K / 1.073 K = 0.46.
Respuesta: eficiencia = 46%.
Ejemplo 2. Determinar la eficiencia de un motor térmico ideal, si debido a la adquisición de un solo kilojulios de calentador de energía se realiza un trabajo útil 650 J. ¿Cuál es la temperatura del motor térmico calentador cuando la temperatura del refrigerante - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1.000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Solución:
En este problema que estamos hablando de la configuración de calor, la eficiencia de los cuales se puede calcular mediante la fórmula:
η = A / Q1.
para determinar la temperatura del calentador de la utilización fórmula eficiencia del motor de calor ideal:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
completar transformaciones matemáticas, obtenemos:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
calculamos:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Respuesta: η = 65% T1 = 1142,8 K. motor
condiciones reales
ideales de calor diseñado para satisfacerprocesos ideales.El trabajo se realiza sólo en los procesos isotérmicos, su valor se define como el área delimitada por la gráfica del ciclo de Carnot.
De hecho, para crear las condiciones para cambiar el estado del gas de proceso sin el acompañamiento de los cambios en la temperatura no es posible.No hay tales materiales, lo que impediría el intercambio de calor con los objetos circundantes.Proceso adiabático hace imposible llevar a cabo.En el caso de la temperatura de transferencia de calor del gas tienen que ser cambiado.Eficiencia
de motores térmicos, creados en condiciones reales difieren significativamente de la eficiencia ideal de los motores.Tenga en cuenta que el proceso en los motores reales es tan rápida que la variación de la energía térmica interna de sustancia de trabajo en el proceso de cambiar su volumen no puede ser compensado por afluencia de cantidad de calor desde el calentador y volver el refrigerador.Verdaderos motores
Otros motores térmicos
operan en diferentes ciclos: ciclo
- Otto: el proceso a los cambios de volumen adiabáticas constantes, creando un círculo vicioso;Diesel ciclo
- : isobaras, adiabática, isochor, adiabática;
- turbina de gas: un proceso que ocurre a presión constante, se sustituye por adiabática cierra el círculo.
Crear procesos de equilibrio en los motores reales (con el fin de acercarlos a la ideal) en las condiciones de la tecnología moderna no es posible.Eficiencia de los motores de calor es significativamente menor, incluso con las mismas condiciones de temperatura como en el ajuste de calor ideal.
Pero no reducen el papel de la fórmula de cálculo de la eficiencia del ciclo de Carnot, ya que se está convirtiendo en un punto de referencia en el proceso de mejorar la eficiencia de los motores reales.Formas
para cambiar la eficiencia
Comparando máquinas térmicas ideales y reales, vale la pena señalar que la temperatura del refrigerador no puede ser la última tampoco.Por lo general, considerada una atmósfera refrigerador.Tome la temperatura de la atmósfera puede cálculos sólo aproximados.La experiencia indica que la temperatura del refrigerante igual a la temperatura de los gases de escape en el motor, como es el caso en los motores de combustión interna (abreviado como DVS).
ICE - el más común en nuestro mundo del motor térmico.Motor térmico Eficiencia en este caso depende de la temperatura creado por la quema de combustible.La diferencia esencial de la máquina de vapor es una máquina funciona fusión y trabajar dispositivo calentador de fluido en una mezcla de aire-combustible.Quemar, la mezcla crea una presión sobre las partes móviles del motor.
El aumento de la temperatura de funcionamiento de los gases se logra mediante el cambio de las propiedades del combustible de manera significativa.Desafortunadamente, es imposible hacerlo de forma indefinida.Cualquier material que está hecho de una cámara de combustión del motor, tiene su punto de fusión.Resistencia al calor de los materiales - las principales características del motor, y la capacidad de afectar significativamente la eficiencia.
valores de eficiencia del motor
Si tenemos en cuenta la turbina de vapor, la temperatura de la entrada de vapor de trabajo que es 800 K, y el gas de escape - 300 K, la eficiencia de esta máquina es 62%.En realidad, sin embargo, este valor no supere el 40%.Esta reducción es causada por la pérdida de calor en el calentamiento de la carcasa de la turbina.
eficiencia mayor valor de los motores de combustión interna no supera el 44%.Al aumentar este valor - la cuestión de un futuro próximo.Cambio de las propiedades de los materiales, de combustible - este es un problema sobre el que emplea las mejores mentes de la humanidad.
