moderne richiedono vasta funzionamento dei motori termici.Numerosi tentativi di sostituirli con motori elettrici sta subendo fallimento.I problemi associati con l'accumulo di energia elettrica in sistemi autonomi sono risolti con grande difficoltà.
ancora questioni rilevanti di batterie di tecnologia di produzione di energia elettrica in base al loro uso a lungo termine.Caratteristiche di velocità dei veicoli elettrici sono lontane da quelle dei motori a combustione interna automobili.
primi passi nella creazione di motori ibridi in grado di ridurre significativamente le emissioni nocive in aree metropolitane, risolvere i problemi ambientali.
po 'di storia
possibilità di convertire l'energia del vapore in energia cinetica è conosciuta fin dai tempi antichi.130 aC: filosofo Erone di Alessandria ha presentato al giocattolo spettatori a vapore - eolipil.Sfera riempito con vapore, venuto in rotazione sotto l'azione dei getti provenienti da esso.Questo prototipo della moderna turbina a vapore al momento non ha trovato applicazione.
molti anni e secoli di sviluppo del filosofo considerato un giocattolo divertente.Nel 1629 l'italiano D. Branca ha creato una turbina proattivo.Vapore messo in moto il disco palettato.
Da allora, il rapido sviluppo di motori a vapore.Motore termico
trasformazione dell'energia interiore in energia di movimento di parti di macchine e meccanismi utilizzati nei motori termici.
Parti principali: un riscaldatore (sistema di ottenere energia dall'esterno), organo di lavoro (fa un effetto benefico), frigorifero.Riscaldatore
è progettato per il fluido di lavoro di accumulare abbastanza azione dell'energia interna per lavoro utile.Frigorifero rimuove l'energia in eccesso.
principale caratteristica efficienza chiamato l'efficienza dei motori termici.Questo valore indica la quantità di energia spesa per il riscaldamento viene speso per lavoro utile.Maggiore è l'efficacia, la redditività del funzionamento della macchina, ma questo valore non può superare il 100%.
efficienza calcolo
Lasciare il riscaldatore acquistato da energia esterna pari a Q1.Lavorare il corpo fare il lavoro A, mentre il frigorifero energia Dedicato era Q2.
In base alla definizione, calcolare la quantità di efficienza:
η = A / Q1.Partiamo dal presupposto che A = Q1 - Q2.
qui l'efficienza di un motore termico, la formula ha la forma η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, le seguenti conclusioni: efficienza
- non può superare 1 (o 100%);
- massimizzare questo valore, è necessario aumentare l'energia ricevuta dalla stufa, o una diminuzione dell'energia, dato il frigorifero;
- lavoro riscaldatore aumentare l'energia per cambiare la qualità dei carburanti;
- ridurre dell'energia, vista l'frigorifero, permette di raggiungere le caratteristiche di progettazione dei motori.
motore termico ideale
possibile creare un tale motore, la cui efficacia sarebbe massima (in un ideale - pari al 100%)?Trovare la risposta a questa domanda ha cercato di fisico francese e un ingegnere di talento Sadi Carnot.Nel 1824 sono stati rilasciati i suoi calcoli teorici dei processi nei gas.
idea di base inerente la macchina ideale può essere considerato come eseguire processi reversibili con gas ideale.Iniziare con espansione isoterma del gas a una temperatura T1.La quantità di calore necessario per questo scopo, - Q1.Quando il gas si espande senza calore (processo adiabatico).Raggiunta la temperatura T2, il gas viene compresso isotermicamente, passando il Q2 energetico frigorifero.Il ritorno del gas al suo stato originale viene eseguita adiabatico.Efficienza
di un motore termico ideale Carnot con calcolo preciso è il rapporto tra la differenza di temperatura tra i dispositivi di riscaldamento e raffreddamento per la temperatura, che ha un riscaldatore.Ecco come si presenta: η = (T1 - T2) / T1.
possibile efficienza di un motore termico, la formula ha la forma: η = 1 - T2 / T1, dipende solo dalle temperature del riscaldatore e raffreddatore e non può essere superiore al 100%.
Inoltre, questo rapporto ci permette di dimostrare che l'efficienza dei motori termici può essere uguale all'unità solo quando la temperatura del frigorifero assoluto zero.Come è noto, questo valore è irraggiungibile.
calcoli teorici consentono di determinare la massima efficienza di Carnot di un motore termico di qualsiasi disegno.
Proven teorema di Carnot è il seguente.Un motore termico arbitrario in ogni caso non sono in grado di avere un rendimento di oltre il motore termico ideale stesse efficienze.
Esempio risolvere
Esempio 1. Qual è l'efficienza di un motore termico ideale, quando la temperatura del riscaldatore è di 800 ° C, e la temperatura al di sotto di 500 ° C in frigorifero?
T1 = 800 ° C = 1073 K, DT = 500 ° C = 500 K, η -?
Soluzione:
Per definizione: η = (T1 - T2) / T1.
non ci hanno dato la temperatura del frigorifero, ma DT = (T1 - T2), quindi:
η = DT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Risposta: efficienza = 46%.
Esempio 2. determinare l'efficienza di un motore termico ideale, se per effetto dell'acquisizione di un kilojoule di energia di riscaldamento viene fatto un lavoro utile 650 J. Qual è la temperatura del motore termico di riscaldamento quando la temperatura del liquido di raffreddamento - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Soluzione:
In questo problema stiamo parlando del livello di cottura, la cui efficacia può essere calcolato con la formula:
η = A / Q1.
per determinare la temperatura del rendimento del motore termico ideale uso riscaldatore formula: η =
(T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
completando trasformazioni matematiche, otteniamo:
T1 = T2 / (1-η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Calcoliamo:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Risposta: η = 65% T1 = 1142,8 K.
condizioni reali
motore termico ideale per rispondereprocessi ideali.Il lavoro è fatto solo nei processi isotermici, il suo valore è definita come l'area delimitata dal grafico del ciclo di Carnot.
Infatti, per creare le condizioni per modificare lo stato del gas di processo senza accompagnare i cambiamenti di temperatura non è possibile.Senza tali materiali, che impedirebbero lo scambio termico con gli oggetti circostanti.Processo adiabatico diventa impossibile effettuare.In caso di temperatura di trasferimento di calore del gas deve essere cambiato.Efficienza
dei motori termici, realizzati in condizioni reali differiscono in modo significativo dal rendimento ideale dei motori.Si noti che il processo in motori reali è così rapido che la variazione dell'energia termica interna della sostanza operante nel processo di cambiare il suo volume non può essere compensata da afflusso di quantità di calore dal riscaldatore e ritorno frigorifero.Motori reali
Altri motori termici
operano su diversi cicli: Ciclo
- Otto: il processo a variazioni di volume adiabatica costanti, creando un circolo vizioso;
- ciclo diesel: isobare, adiabatica, isochor, adiabatica;
- turbina a gas: un processo che avviene a pressione costante, è sostituito dal adiabatica chiude il ciclo.
Creare processi di equilibrio nei motori reali (al fine di avvicinarle all'ideale) nelle condizioni della moderna tecnologia non è possibile.Efficienza dei motori termici è notevolmente inferiore, anche con le stesse condizioni di temperatura come nella regolazione di calore ideale.
Ma non riducono il ruolo della formula di calcolo del rendimento del ciclo di Carnot, come sta diventando un punto di riferimento nel processo per migliorare l'efficienza dei motori reali.Modi
per cambiare l'efficienza
Confrontando motore termico ideale e reale, vale la pena notare che la temperatura del frigorifero non può essere l'ultimo o.Solitamente considerato un ambiente frigorifero.Prendere la temperatura dell'atmosfera può solo calcoli approssimativi.L'esperienza indica che la temperatura del liquido di raffreddamento pari alla temperatura dei gas di scarico nel motore, come avviene nei motori a combustione interna (abbreviato come DVS).
ICE - la più comune nel nostro mondo di motore termico.Efficienza motore termico in questo caso dipende dalla temperatura creato da combustione di carburante.La differenza essenziale dal motore a vapore è un funzioni macchina fusione e dispositivo di riscaldamento fluido di lavoro in una miscela aria-carburante.Brucia la miscela crea pressione sulle parti mobili del motore.
Aumentando la temperatura di funzionamento del gas è ottenuta modificando le proprietà del carburante significativamente.Purtroppo, non è possibile farlo indefinitamente.Qualsiasi materiale che è fatto da una camera di combustione del motore, ha il suo punto di fusione.Resistenza al calore dei materiali - le principali caratteristiche del motore, e la capacità di influenzare significativamente l'efficienza.
valori di efficienza del motore
Se consideriamo la turbina a vapore, la temperatura del vapore di lavoro che in ingresso è 800 K, e il gas di scarico - 300 K, l'efficienza di questa macchina è 62%.In realtà, tuttavia, questo valore non supera il 40%.Questa riduzione è causata dalla perdita di calore sul riscaldamento della cassa turbina.
efficienza più grande valore di motori a combustione interna non superi il 44%.L'aumento di questo valore - la questione del futuro prossimo.Modifica delle proprietà dei materiali, combustibile - questo è un problema su cui impiega le migliori menti dell'umanità.
