КПД тепловых двигателей

Термодинамика

Внутренняя энергия – это суммарная энергия хаотического движения и взаимодействия микрочастиц системы (молекул). U =å E_{кин i} + å E_{пот i}

U=  RT= RT = pV – для идеального или одноатомного газа

U=  RT=  νRT = pV – для двухатомного газа.

∆ U - изменение внутренней энергии тела, сопровождается изменением температуры или агрегатного состояния тела.

∆ U =  R∆T = R∆T, ∆ U = ∆ pV при V=const или ∆ U =  p∆V при р=const

 

Два способа изменения U

Для газа

1. А - работа газа или над газом.  

   А= p∆V=p(V₂ -V₁) при р=const, А= R∆T = v R∆T

Работа газа (расширение) U↓,T↓ на графике переход 1→а→2

Работа над газом (сжатие)U↑,T↑ на графике переход 2→б→1

Геометрический способ  нахождения работы

P    а                2

    

1             б     

                               V

А = S площади фигуры между графиком и осью V (процесс не замкнут)

Для циклического процесса

1→а→2→б→1

А = S_цикл площади фигуры внутри графика

 

2.   Q – теплопередача.

∆  U = -A_газа. ± Q

 

Для любого тела

Теплопередача

      1. Теплопроводность (от молекулы к молекуле)

        2. Конвекция (потоками вещества)

       3. Излучение (инфракрасные лучи)

1) Q = cmΔT – нагрев, охлаждение, где с – удельная теплоемкость тела (

2) Q = λm – плавление, кристаллизация,  где λ - удельная теплота плавления ()

3) Q = Lm – парообразование, конденсация,  где  L - удельная теплота парообразования   ()

4) Q = qm – сгорание топлива,  где q – удельная теплота сгорания топлива ()

2. Совершение работы внешних сил

   ∆U = A_{внешн.с.} ± Q  

  t ^°_,С                       пар             График нагревания, плавления и кипения твердого тела

                                   Q = Lm   Q = - Lm

t_к                      

                        жидкость

        Q = λm                                           Q = -λm   

t_пл                                                                                  t,мин

                                

                                Q = cmΔT

                     твердое тело

Первый закон термодинамики -   изменение внутренней энергии системы происходит за счет совершения работы(газом или над газом) и теплопередачи.

∆U

Другая формулировка закона: количество теплоты, переданное системе, идет на увеличение его внутренней энергии и совершение газом работы.    Q           A

                            Q = ∆U +A                                   Пример:                           ∆U = Q – A

Второй закон термодинамики -  невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии от холодного тела к горячему (сформулировал этот закон Р. Клаузиус).

I закон термодинамики для изопроцессов.

(Термодинамика изопроцессов).

Процесс	Работа газа при расширении	Закон сохранения энергии
Изотермический, Т = const, Δ Т = 0	p                A' > 0     0                       V               V1    V2	ΔU = 0 Q = A
Изохорный V = const, Δ V  = 0	p                   А' = 0     0                          V	А = 0 Q = ΔU
Изобарный, P = const	p          Aгаза = p1(V2 - V1) p1                                                 0 V1         V2 V	ΔU = Q + A Q = ΔU + Aгаза
Адиабатный, Q = 0	p               Aгаза > 0                  адиабата                                          0 V1    V2    V	Q = 0 ΔU = - Aгаза

Тепловым двигателем называется устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

Тепловые двигатели

Принцип работы.
I. Идея: превращение внутренней энергии топлива в работу.
II. Идеальный цикл Карно:	III. Основные части двигателя и их работа:         Нагреватель                      Qн – получение энергии                                                  А – совершение        Рабочее тело           работы (рабочий ход)                             Qх– передача «остатка» энергии          Холодильник

КПД тепловых двигателей.

КПД реальной тепловой машины     

A =Q_н - Q_х        η = ·100%   η = ·100%       η = 1- ·100%   

 А_{полезн.} – работа, совершаемая рабочим телом,

Q_н – количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя,

Q_х– количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику.

КПД идеальной тепловой машины (рабочее тело – идеальный газ)

η_max =  ·100%