2015-09-06
450
Тема: Перший закон термодинаміки Теплові двигуни та їх застосування. Закон збереження енергії в механічних та теплових процесах. Перший закон термодинаміки та його застосування до ізопроцесів. Адіабатичний процес..Цикл Карно. ККД теплових двигунів.Вічний двигун.Двигуни внутрішнього згорання (дизельні, карбюраторні), парові двигуни. Проблеми екології. Альтернативні,екологічно чисті двигуни. Державні екологічні служби.
Основні положення та означення.
1. За результатами експериментів відшукують закономірний зв'язок між параметрами ( P,V,T), а потім роблять математичний аналіз цього зв'язку па основі загальних законів природи, справедливість яких не викликає сумнівів. Загальні закони природи, на основіяких проводять такий аналіз, називають н а ч а л а м и тер м о д и н а м і к и.
2. Першим загальним законом природи, на основі якого будується термодинаміка, є закон збереження енергії. Його називають першим началом термодинаміки і формулюють так: підведена до системи кількість теплоти Q частково йде на збільшення внутрішньої енергії системи ΔU і частково — на виконання цією системою роботи А: Q=ΔU+A
3. 
Зазначимо, що система, до якої можна застосувати дану формулу, може складатися з одного тіла, причому робота А чисельно,дорівнює енергії, переданій системою навколишнім тілам у формі механічного руху.
4. Механічна робота в термодинаміці виконується лише при зміні об’єму газу. При ізобарному (P=const) розширенні газу механічна робота визначається: 
5. Робота чисельно рівна площі обмеженій графіком.
6. Розширений вираз першого закону термодинаміки: 
7. При ізохорному процесі робота газу А дорівнює нулю (
). Отже, перше начало термодинаміки для такого процесу набирає вигляду 
(при ізохорному процесі вся підведена до газу кількість теплоти витрачається на збільшення його внутрішньої енергії)
8. Для ізобарного процесу формула першого начала термодинаміки має вигляд:
(при ізобарному процесі кількість теплоти, підведена до газу, частково витрачається на збільшення його внутрішньої енергії, а частково — на виконання роботи газом у процесі його розширення.)
9. При ізотермічному процесі температура газу не змінюється. Тому: 
(при ізотермічному процесі вся підведена до газу кількість теплоти витрачається на виконання газом роботи)
10. 
Процес у якій-небудь системі, який відбувається без обміну теплом з навколишнім середовищем (Q = 0), називається адіабатним. 
(при адіабатному процесі система може виконувати роботу над зовнішніми тілами тільки за рахунок своєї внутрішньої енергії)
Адіабатний процес— процес дуже швидкий
Приклади: стиск повітря вдизельному двигуні, розширення пари шампанського вина при вильоті корка, розширення нагрітого повітря при підніманні у верхні шари атмосфери.
11. Теплота не може переходити сама по собі від тіла менш нагрітого до тіла більш нагрітого. (Формулювання II закону термодинаміки за К. Клаузіусом).
12.Тепловий двигун — це машина, що перетворює внутрішню (теплову) енергію палива у механічну.
13. Енергія, що виділяється у нагрівнику (за рахунок хімічної реакції, ядерного розпаду тощо), передається робочому тілу (газу), яке, розширюючись, виконує механічну роботу. Для того, щоб двигун працював циклічно, газ стискається, віддаючи теплоту холодильнику (навколишньому середовищу).
14. Процеси, в результаті яких газ повертається у вихідний стан, називаються круговими або циклічними.
15.Цикл Карно (Анрі Карно - французький інженер, 1796—1832)
З усіх теплових машин, які працюють з нагрівником, що має температуру Т1 і холодильником, що має температуру Т2, найбільший коефіцієнт корисної дії має теплова машина, що працює за оборотним циклом Карно, який складається з двох ізотерм (1 → 2, 3 → 4) та двох адіабат (2 → 3, 4 →1).
Стадії 1 → 2, 2 → 3 — робочі, а З → 4,4 → 1 — допоміжні.
16. ККД теплового двигуна
- 1. Ідеальний (для циклу Карно):
- 2. Термічний (для будь-якого циклу):
- 3. Реальний (дійсний)
Висновки:
- 1. ККД визначається лише Т 1і Т 2 і не залежить від роду робочої речовини.
- 2.Способи підвищення ККД: а) збільшити T1, зменшити Т2 б) збільшити тиск робочого тіла. в) добитись повнішого згоряння палива; г) зменшити тертя.
- 3. ККД < 1. Якщо Т1 = Т2 — двигун не працює.
17. Двигун внутрішнього згоряння — теплова машина, в якій робоче тіло нагрівається внаслідок виділення теплоти під час хімічної реакції всередині замкненого об'єму (всередині двигуна), а робочим тілом є суміш повітря з продуктами згоряння.
1 → 2 — впуск 2 → 3 — стиск 3 → 4 →5 — робочий хід
5 → 6 → 7 — випуск
