modernos exigem extensa operação de motores de calor.Inúmeras tentativas de substituí-los com motores elétricos está passando por fracasso.Os problemas associados com a acumulação de energia elétrica em sistemas autônomos são resolvidos com grande dificuldade.
ainda questões relevantes de baterias de tecnologia de produção de electricidade com base em seu uso a longo prazo.Características de velocidade de veículos elétricos estão longe de ser as dos carros motores de combustão interna.
primeiros passos na criação de motores híbridos pode reduzir significativamente as emissões nocivas nas áreas metropolitanas, a resolução de problemas ambientais.
pouco de história
possibilidade de converter a energia a vapor em energia cinética é conhecido desde tempos antigos.130 aC: Filósofo Heron de Alexandria apresentado ao brinquedo espectadores vapor - eolipil.Esfera cheia com vapor, veio em rotação sob a acção dos jactos emanados a partir dele.Este protótipo de turbina a vapor moderna no momento não encontrou o aplicativo.
muitos anos e séculos de desenvolvimento do filósofo considerado um brinquedo divertido.Em 1629 o italiano D. Branca criou uma turbina pró-ativa.Vapor posta em movimento do disco fornecido com lâminas.
Desde então, o rápido desenvolvimento de motores a vapor.
motor térmico
transformação da energia interior para a energia de movimento de peças de máquinas e mecanismos usados em motores de calor.
peças principais: um aquecedor (sistema de obtenção de energia a partir do exterior), o corpo de trabalho (faz um efeito benéfico), Frigorífico.
aquecedor é projetado para o fluido de trabalho para acumular estoque suficiente da energia interna para o trabalho útil.Frigorífico remove o excesso de energia.
principal eficiência característica chamada a eficiência dos motores de calor.Este valor mostra a quantidade de energia gasta no aquecimento é gasto em trabalho útil.Quanto maior a eficiência, a mais rentável a operação da máquina, mas este valor não pode exceder 100%.Eficiência cálculo
Deixe o aquecedor comprado de energia externa igual a Q1.Trabalhar o corpo fazer o trabalho A, enquanto o frigorífico energia devotada foi Q2.
Com base na definição, calcular a quantidade de eficiência:
η = A / Q1.Assumimos que A = Q1 - Q2.
Assim a eficiência de um motor de calor, a fórmula tem a forma η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, as seguintes conclusões: a eficiência
- não pode exceder 1 (ou 100%);
- para maximizar este valor, tem de aumentar a energia recebida do aquecedor, ou uma diminuição da energia, deu o refrigerador;Trabalho aquecedor aumento de energia
- para alterar a qualidade dos combustíveis;
- reduzir a energia dada a geladeira, permitem alcançar os recursos de design de motores.
motor de calor ideal
possível criar um motor desse tipo, a eficiência do que seria o máximo (em um ideal - igual a 100%)?Encontre a resposta para essa pergunta tentou físico francês e um engenheiro talentoso Sadi Carnot.Em 1824 seus cálculos teóricos de processos em gases foram liberados.
ideia básica inerente à máquina ideal pode ser considerada como a realização de processos reversíveis com gás ideal.Comece com expansão isotérmica do gás a uma temperatura de T1.A quantidade de calor necessária para esta finalidade, - Q1.Quando o gás se expande sem calor (processo adiabático).Atingindo a temperatura T2, o gás é comprimido isotermicamente, passando o Q2 energia frigorífico.O retorno do gás ao seu estado original é realizada adiabaticamente.
eficiência de um motor térmico de Carnot ideal, com o cálculo exacto é a razão entre a diferença de temperatura entre os dispositivos de aquecimento e arrefecimento para a temperatura, que tem um aquecedor.Parece que este: η = (T1 - T2) / T1.
possível eficiência de um motor de calor, a fórmula tem a forma: η = 1 - T2 / T1, depende apenas das temperaturas do aquecedor e do arrefecedor e pode não ser mais do que 100%.
Além disso, esta relação permite provar que a eficiência de motores de calor pode ser igual à unidade apenas quando a temperatura do refrigerador do zero absoluto.Como é sabido, este valor é inatingível.
cálculos teóricos permitem determinar a eficiência máxima de um motor de Carnot calor de qualquer cartão.
comprovada teorema de Carnot é o seguinte.Um motor de calor arbitrário sob quaisquer circunstâncias não são capazes de ter uma eficiência de mais do que a mesma eficiência do motor de calor ideal.
Exemplo resolver
Exemplo 1. Qual é a eficiência de um motor de calor ideal, quando a temperatura do aquecedor é de 800 ° C, e a temperatura abaixo de 500 ° C no frigorífico?
T1 = 800 ° C = 1073 K, AT = 500 ° C = 500 K, η -?
Solução:
Por definição: η = (T1 - T2) / T1.
Nós não foi dada a temperatura da geladeira, mas AT = (T1 - T2), daí:
η = AT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Resposta: eficiência = 46%.
Exemplo 2. Determinar a eficiência de um motor térmico ideal, se, devido à aquisição de um kilojoule de aquecedor de energia é feito um trabalho útil 650 J. Qual é a temperatura do motor de calor aquecedor quando a temperatura do líquido de arrefecimento - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Solução:
Neste problema que estamos falando sobre a definição de calor, a eficiência do que pode ser calculada pela fórmula:
η = A / Q1.
para determinar a temperatura do aquecedor de fórmula utilização de calor ideal a eficiência do motor:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
completando transformações matemáticas, obtemos:
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.
Resposta: η = 65% T1 = 1142,8 K.
condições reais
motor térmico ideal projetado para atenderprocessos ideais.O trabalho é realizado apenas nos processos isotérmicos, o seu valor é definido como a área delimitada pelo gráfico do ciclo de Carnot.
Na verdade, para criar as condições para alterar o estado do gás de processo sem o acompanhamento de mudanças na temperatura não é possível.Nenhum destes materiais, que poderiam impedir a troca de calor com os objetos ao redor.Processo adiabático se torna impossível de realizar.No caso de a temperatura de transferência de calor do gás tem que ser mudado.
eficiência de motores térmicos, criados sob condições reais diferem significativamente da eficácia ideal dos motores.Note-se que o processo em motores reais é tão rápida que a variação da energia térmica interna da substância de trabalho no processo de mudar o seu volume não pode ser compensado pelo fluxo de quantidade de calor a partir do aquecedor e retornar do refrigerador.Verdadeiros motores
Outros motores de calor
operar em diferentes ciclos: ciclo
- Otto: o processo em mudanças de volume adiabáticos constantes, criando um ciclo vicioso;Ciclo
- Diesel: isobar, adiabatic, isochor, adiabatic;
- turbina a gás: um processo que ocorre a uma pressão constante, é substituído por adiabática fecha o circuito.
Criar processos de equilíbrio em motores reais (a fim de trazê-los para mais perto do ideal) nas condições da tecnologia moderna não é possível.A eficiência de motores térmicos é significativamente menor, mesmo com as mesmas condições de temperatura do que na configuração de calor ideal.
mas não reduzir o papel da fórmula de cálculo da eficiência do ciclo de Carnot, como é cada vez mais um ponto de referência no processo para melhorar a eficiência de motores reais.Maneiras
para mudar a eficiência
Comparando motores de calor ideal e real, é interessante notar que a temperatura da geladeira não pode ser a última também.Normalmente considerado uma atmosfera frigorífico.Tire a temperatura da atmosfera pode cálculos apenas aproximados.A experiência indica que a temperatura do líquido de arrefecimento igual à temperatura dos gases de escape no motor, como é o caso em motores de combustão interna (abreviado como DVS).
ICE - a mais comum em nosso mundo do motor de calor.Eficiência do motor de calor, neste caso, depende da temperatura criada pela queima de combustível.A diferença essencial do motor a vapor é uma série de funções da máquina de fusão e dispositivo de aquecimento de fluido de trabalho em uma mistura de ar-combustível.A queima, cria-se a mistura a pressão sobre as peças móveis do motor.
O aumento da temperatura operacional de gases é conseguido mudando as propriedades do combustível significativamente.Infelizmente, é impossível fazê-lo indefinidamente.Qualquer material de que é feita a partir de uma câmara de combustão do motor, tem o seu ponto de fusão.A resistência térmica de materiais - As principais características do motor, e a capacidade de afectar significativamente a eficiência.
valores de eficiência do motor
Se considerarmos a turbina de vapor, a temperatura da entrada de vapor de trabalho, que é de 800 K, e o gás de escape - 300 K, a eficiência desta máquina é de 62%.Na realidade, porém, este valor não exceda 40%.Esta redução é provocada pela perda de calor mediante o aquecimento da caixa da turbina.
eficiência maior valor de motores de combustão interna não exceda 44%.O aumento deste valor - a questão do futuro próximo.Mudando as propriedades dos materiais, combustível - este é um problema sobre o qual emprega as melhores mentes da humanidade.
