Принцип действия тепловых машин. КПД тепловых двигателей

Билет № 20

Количество теплоты сообщенной системе идет на изменение внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил.

Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа в термодинамике. Первый закон термодинамики.

Билет №18

Внутренняя энергия – сумма кинетической энергии, поступательного движения, вращательного и колебательного движения атомов и молекул, потенциальной энергии их взаимодействия, внутриядерной энергии и энергии электронных оболочек.

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа равна его кинетической энергии.

U=

R=8.31 Дж/К*моль

[М]=кг/моль

[Т]=K

[U]=Дж

Способы изменения внутренней энергии:

· При совершении работы: при деформации, под действием сил трения, при неупругом ударе.

· При теплообмене: конвекция, теплопроводность и излучение.

Работа в термодинамике зависит от изменения объема.

При расширении газ совершает положительную работу, а при сжатии отрицательную;

А=рΔV; A=;

Количество теплоты – мера изменения внутренней энергии.

Q = ΔU

Количество теплоты при парообразовании:

Q = L*m; Q_k = -L*m;

При плавлении: Qпл = λ*m; При кристаллизации: Q = -λ*m;

Сгорания: Q = q*m;

Нагревание: Q=c*m(t₂-t₁)

Первый закон термодинамики:

Это закон сохранения и превращения энергии, применимый к тепловым процессам.

Когда механическая энергия системы не изменяется, а система не замкнута, между ней и окружающей средой происходит теплообмен, то изменяется внутренняя энергия.

1. ΔU = A_вн+Q;

Изменение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое равное работе внешних сил + количество теплоты переданное системе в процессе теплообмена.

2. Q = A+ΔU;

Первый закон термодинамики для незамкнутой адиабатической изолированной системы называется уравнением теплового баланса.

Q₁+Q₂+Q₃… = 0

Тепловые двигатели – устройство преобразующие внутреннюю энергию в механическую.

К тепловым двигателям относят:

- двигатели внутреннего сгорания;

- реактивные;

- тепловые электростанции;

Основные элементы теплового двигателя:

1. Рабочее тело (газ или пар)

2. Нагреватель (топливо и камера сгорания, ядерный реактор);

3. Холодильник (окружающая среда, конденсатор);

Принцип работы:

Нагреватель T₁

Р

Q₁ а

А в

V

Q₂

Холодильник Т₂  

КПД – отношение полезной работы к количеству теплоты полученной от нагревателя.

η =; η =; η = 1-;

Наибольший КПД можно получить для машины Карно работающей по циклу Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Q₁ = Q₂ = 0;

η; ηmax = 1-;

К машинам, работающим по обратному циклу относят: холодильники, кондиционеры, тепловые насосы.

Холодильники – устройства, служащие для охлаждения различных объектов и поддержания низкой температуры в камере независимо от внешних условий.

Показатель эффективности находится по формуле:

K=;

При нормальных условиях К=6,38.

Кондиционеры: служат для поддерживания температуры и влажности воздуха в помещение, теплота забирается у воздуха и отводится наружу К= 15.

Тепловой насос: предназначен для обогрева некоторого объема за счет теплоты отбираемой у более холодного тела.

K=.

Дата добавления: 2014-01-04