modern memerlukan operasi ekstensif mesin panas.Berbagai upaya untuk menggantinya dengan motor listrik sedang mengalami kegagalan.Masalah yang terkait dengan akumulasi tenaga listrik di sistem otonom diselesaikan dengan kesulitan besar.
masih isu yang relevan dari baterai teknologi produksi listrik berdasarkan penggunaan jangka panjang mereka.Karakteristik kecepatan kendaraan listrik yang jauh dari orang-orang dari mobil mesin pembakaran internal.
langkah pertama dalam penciptaan mesin hybrid dapat secara signifikan mengurangi emisi berbahaya di daerah metropolitan, memecahkan masalah lingkungan.
sedikit sejarah
kemungkinan mengubah energi uap menjadi energi kinetik telah dikenal sejak zaman kuno.130 SM: Philosopher Hero of Alexandria disajikan kepada penonton mainan uap - eolipil.Sphere diisi dengan uap, datang rotasi bawah tindakan jet yang berasal dari itu.Ini prototipe turbin uap modern yang pada saat itu tidak menemukan aplikasi.
bertahun-tahun dan abad pengembangan filsuf dianggap mainan yang menyenangkan.Di 1629 Italia D. Branca menciptakan turbin proaktif.Uap digerakkan cakram yang diberikan dengan pisau.
Sejak itu, pesatnya perkembangan mesin uap.Mesin panas
transformasi energi batin menjadi energi gerak bagian mesin dan mekanisme yang digunakan dalam mesin panas.Bagian
utama: pemanas (sistem memperoleh energi dari luar), tubuh bekerja (membuat efek menguntungkan), kulkas.
pemanas dirancang untuk fluida kerja untuk mengumpulkan bekal yang cukup dari energi internal untuk pekerjaan yang bermanfaat.Kulkas menghilangkan kelebihan energi.
efisiensi karakteristik utama yang disebut efisiensi mesin panas.Nilai ini menunjukkan berapa banyak energi yang dihabiskan pada pemanasan dihabiskan untuk pekerjaan yang berguna.Semakin tinggi efisiensi, yang lebih menguntungkan pengoperasian mesin, tetapi nilai ini tidak dapat melebihi 100%.
efisiensi perhitungan
Biarkan pemanas dibeli dari energi luar sama dengan Q1.Bekerja tubuh melakukan pekerjaan A, sedangkan energi Dikhususkan kulkas adalah Q2.
Berdasarkan definisi, menghitung jumlah efisiensi:
η = A / Q1.Kami berasumsi bahwa A = Q1 - Q2.
Oleh karena efisiensi mesin panas, formula memiliki bentuk η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, kesimpulan berikut: efisiensi
- tidak dapat melebihi 1 (atau 100%);
- untuk memaksimalkan nilai ini, Anda harus baik meningkatkan energi yang diterima dari pemanas, atau penurunan energi, memberi kulkas;
- peningkatan energi pemanas bekerja untuk mengubah kualitas bahan bakar;
- mengurangi energi yang diberikan kulkas, memungkinkan untuk mencapai fitur desain mesin.
mesin panas yang ideal
mungkin untuk membuat mesin seperti itu, efisiensi yang akan menjadi maksimum (dalam ideal - sama dengan 100%)?Menemukan jawaban untuk pertanyaan mencoba untuk fisikawan Perancis dan insinyur berbakat Sadi Carnot.Pada tahun 1824 perhitungan teoritis tentang proses dalam gas dibebaskan.
ide dasar yang melekat pada mesin yang ideal dapat dianggap sebagai melaksanakan proses reversible dengan gas ideal.Mulailah dengan ekspansi isotermal dari gas pada suhu T1.Jumlah panas yang diperlukan untuk tujuan ini, - Q1.Ketika gas mengembang tanpa panas (proses adiabatik).Mencapai T2 suhu, gas yang dikompresi isotermal, melewati Q2 energi kulkas.Kembalinya gas ke keadaan semula dilakukan adiabatik.Efisiensi
dari Mesin Carnot ideal dengan tepat perhitungan adalah rasio perbedaan suhu antara pemanasan dan pendinginan perangkat untuk suhu, yang memiliki pemanas.Ini terlihat seperti ini: η = (T1 - T2) / T1.
mungkin efisiensi mesin panas, formula memiliki bentuk: η = 1 - T2 / T1, hanya bergantung pada suhu pemanas dan pendingin dan tidak bisa lebih dari 100%.
Selain itu, hubungan ini memungkinkan kita untuk membuktikan bahwa efisiensi mesin panas bisa sama dengan kesatuan hanya ketika kulkas mutlak suhu nol.Seperti diketahui, nilai ini tidak mungkin tercapai.
perhitungan teoritis memungkinkan untuk menentukan efisiensi maksimum Carnot dari mesin panas desain apapun.
Terbukti Teorema Carnot adalah sebagai berikut.Sebuah mesin panas sewenang-wenang dalam keadaan apapun tidak dapat memiliki efisiensi lebih dari efisiensi yang sama mesin panas ideal.
Contoh pemecahan
Contoh 1. Apa efisiensi mesin panas yang ideal, ketika suhu pemanas 800 ° C, dan suhu di bawah 500 ° C dalam lemari es?
T1 = 800 ° C = 1073 K, AT = 500 ° C = 500 K, η -?
Solusi:
Dengan definisi: η = (T1 - T2) / T1.
Kami tidak diberi suhu kulkas, tapi AT = (T1 - T2), maka:
η = AT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Jawaban: efisiensi = 46%.
Contoh 2. Tentukan efisiensi mesin panas yang ideal, jika karena pembelian satu kilojoule energi pemanas melakukan pekerjaan yang bermanfaat 650 J. Apa suhu mesin panas pemanas ketika suhu pendingin - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Solusi:
Dalam masalah ini kita berbicara tentang pengaturan panas, efisiensi yang dapat dihitung dengan rumus:
η = A / Q1.
untuk menentukan suhu penggunaan pemanas rumus efisiensi mesin panas ideal:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
menyelesaikan transformasi matematika, kita memperoleh:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Kami menghitung:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Jawaban: η = 65% T1 = K.
kondisi aktual
mesin panas yang ideal 1.142,8 dirancang untuk memenuhiproses yang ideal.Pekerjaan dilakukan hanya dalam proses isotermal, nilainya didefinisikan sebagai daerah yang dibatasi oleh grafik dari siklus Carnot.
Bahkan, untuk menciptakan kondisi untuk mengubah keadaan gas proses tanpa disertai perubahan suhu tidak mungkin.Tidak ada bahan-bahan tersebut, yang akan mencegah pertukaran panas dengan benda-benda di sekitarnya.Proses adiabatik menjadi mustahil untuk melaksanakan.Dalam kasus suhu perpindahan panas dari gas harus diubah.Efisiensi
mesin panas, dibuat di bawah kondisi nyata berbeda secara signifikan dari efisiensi ideal mesin.Perhatikan bahwa proses di mesin nyata begitu cepat bahwa variasi dari energi panas internal substansi bekerja dalam proses mengubah volumenya tidak dapat dikompensasikan dengan masuknya sejumlah panas dari pemanas dan kembali kulkas.
lain mesin panas
mesin nyata beroperasi pada siklus yang berbeda: siklus
- Otto: proses di perubahan volume adiabatik konstan, menciptakan lingkaran setan;
- siklus Diesel: isobar, adiabatik, isochor, adiabatik;
- gas turbin: proses yang terjadi pada tekanan konstan, digantikan oleh adiabatik menutup loop.
Buat proses keseimbangan di mesin nyata (untuk membawa mereka lebih dekat dengan ideal) dalam kondisi teknologi modern tidak mungkin.Efisiensi mesin panas secara signifikan lebih rendah, bahkan dengan kondisi suhu yang sama seperti pada pengaturan panas yang ideal.
Tapi tidak mengurangi peran rumus perhitungan efisiensi siklus Carnot, seperti yang menjadi titik acuan dalam proses untuk meningkatkan efisiensi mesin nyata.
cara untuk mengubah efisiensi
Membandingkan mesin panas ideal dan nyata, perlu dicatat bahwa suhu lemari es tidak bisa menjadi yang terakhir baik.Biasanya dianggap suasana kulkas.Mengambil suhu atmosfer bisa perhitungan hanya perkiraan.Pengalaman menunjukkan bahwa suhu pendingin sama dengan suhu gas buang pada mesin, seperti halnya di mesin pembakaran internal (disingkat DVS).
ICE - yang paling umum di dunia kita dari panas mesin.Mesin panas efisiensi dalam hal ini tergantung pada suhu yang diciptakan oleh pembakaran bahan bakar.Perbedaan penting dari mesin uap adalah fungsi mesin fusi dan bekerja perangkat pemanas cairan dalam campuran udara-bahan bakar.Terbakar, campuran menciptakan tekanan pada bagian yang bergerak dari mesin.
Peningkatan suhu operasi gas dicapai dengan mengubah sifat bahan bakar secara signifikan.Sayangnya, tidak mungkin untuk melakukannya tanpa batas.Bahan yang terbuat dari ruang pembakaran mesin, memiliki titik leleh.Tahan panas dari bahan - karakteristik utama dari mesin, dan kemampuan untuk mempengaruhi secara signifikan efisiensi.
Nilai efisiensi mesin
Jika kita mempertimbangkan turbin uap, suhu inlet uap bekerja yang 800 K, dan gas buang - 300 K, efisiensi mesin ini adalah 62%.Pada kenyataannya, bagaimanapun, nilai ini tidak melebihi 40%.Penurunan ini disebabkan oleh hilangnya panas pada pemanasan perumahan turbin.
efisiensi nilai terbesar dari mesin pembakaran internal tidak melebihi 44%.Peningkatan nilai ini - pertanyaan tentang masa depan.Mengubah sifat bahan, bahan bakar - ini adalah masalah di mana mempekerjakan pikiran terbaik manusia.
