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          A_газа = p₁(V₂ - V₁) p₁                    0 V₁         V₂ V ΔU = Q + A Q = ΔU + A_газа

Адиабатный, Q = 0 p               A_газа > 0                  адиабата                                        0 V₁    V₂    V Q = 0 ΔU = - A_газа

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

                     Q_н – получение энергии

                                                 А – совершение

       Рабочее тело           работы (рабочий ход)

                            Q_х– 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%