Тепловая машина: цикл, работа, КПД. Экологические проблемы тепловых машин. Какая она - идеальная тепловая машина?

Потребность использования механической энергии на производстве привело к появлению тепловых машин.

Устройство тепловых машин

Тепловая машина (тепловой двигатель) - устройство для преобразования внутренней энергии в механическую.

Любая тепловая машина имеет нагреватель, рабочее тело (газ или пар), которое в результате нагрева выполняет работу (приводит во вращение вал турбины, двигает поршень и так далее) и холодильник. На рисунке ниже изображена схема теплового двигателя.

тепловая машина

Основы действия тепловых двигателей

Каждая тепловая машина функционирует благодаря двигателю. Для выполнения работы ему нужно, чтобы по ту и другую сторону поршня двигателя или лопастей турбины была разность давлений. Достигается эта разность во всех тепловых двигателях так: температура рабочего тела повышается на сотни или тысячи градусов в сравнении с температурой окружающей среды. В газовых турбинах и в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) происходит повышение температуры за счет того, что топливо сгорает внутри самого двигателя. Холодильником может выступать атмосфера или специального назначения устройства для конденсации и охлаждения отработанного пара.


Цикл Карно

Цикл (круговой процесс) - совокупность изменений состояния газа, в результате которых он возвращается в исходное состояние (может выполнять работу). В 1824 году французский физик Сади Карно показал, что выгодным является цикл тепловой машины (цикл Карно), который состоит из двух процессов - изотермического и адиабатного. На рисунке ниже изображен график цикла Карно: 1-2 и 3-4 - изотермы, 2-3 и 4-1 - адиабаты.

идеальная тепловая машина

В соответствии с законом сохранения энергии работа тепловых машин, которую выполняет двигатель, равна:

А = Q1– Q2,

где Q1 - количество теплоты, которое получено от нагревателя, а Q2 - количество теплоты, которое предано холодильнику.
КПД тепловой машины называется отношение работы А, которую выполняет двигатель, к количеству теплоты, которое получено от нагревателя:


5 Дж - 1,2·105 Дж) / 2·105 Дж = 0,4.

Ответ: КПД теплового двигателя - 40 %.

Задача 3. Каков КПД тепловой машины, если рабочее тело после получения от нагревателя количества теплоты 1,6 МДж выполнило работу 400 кДж? Какое количество теплоты было передано холодильнику?

Решение:
КПД можно определить по формуле

ŋ = А / Q1.

ŋ = 0,4·106 Дж / 1,6·106 Дж = 0,25.

Переданное холодильнику количество теплоты можно определить по формуле

Q1 - А = Q2.
Q2 = 1,6·106 Дж - 0,4·106 Дж = 1,2·106 Дж.
Ответ: тепловая машина имеет КПД 25 %; переданное холодильнику количество теплоты - 1,2·106 Дж.

Двигатель турбовинтовой: устройство, схема, принцип работы. ...
Двигатель турбовинтовой похож на поршневый: и тот, и другой имеют воздушный винт. Но во всем остальном они разные. Рассмотрим, что собой представляет этот агрегат, как работает, каковы его плюсы и минусы.
далее
Экологическая проблема тепловых машин - загрязнение окружающей среды
Охрана природы – важная задача, ведь продвижение цивилизованного мира вперед ведет к неизбежным трудностям и рискам в вопросе загрязнения окружающей среды. Среди прочих социальных опасностей одно из первых мест занимают экологические проблемы, ...
далее
Цикл Карно – теоретические основы устройства и работы всех двигателей ...
Среди всех циклических термодинамических процессов особое теоретическое значение и практическое применение имеет цикл Карно. Часто его называют непревзойденным, великим, идеальным и т. д. А многим он вообще кажется чем-то загадочным и непонятным. ...
далее
Узнаем как ой КПД электродвигателя? Как повысить эффективность ...
Электродвигатели появились достаточно давно, но большой интерес к ним возник тогда, когда они стали представлять собой альтернативу двигателям внутреннего сгорания. Особо интересен вопрос КПД электродвигателя, который является одной из главных его ...
далее
Второе начало термодинамики: определение, смысл, история
Классическая термодинамика основана на нескольких постулатах (началах), последовательно вводившихся на протяжении XIX века. То есть эти положения не являются доказуемыми в ее рамках, они были сформулированы в результате обобщения эмпирических ...
далее
Портальная машина термической резки. Промышленное оборудование
Портальная машина термической резки — оборудование удобное и производительное. Существует несколько разновидностей станков этого типа. Металл можно резать с использованием лазера, плазмоида или кислородной головки.
далее
Портальная машина термической резки. Промышленное оборудование
Тепловые двигатели: принцип действия, устройство, схема
Тепловые двигатели, принцип действия которых мы рассмотрим, являются основными на нашей планете. Именно в них происходит превращение внутренней энергии в механический вид.
далее
Тепловые двигатели: принцип действия, устройство, схема
КПД теплового двигателя. КПД теплового двигателя - формула расчета определения
Работу многих видов машин характеризует такой важный показатель, как КПД теплового двигателя. Инженеры с каждым годом стремятся создавать более совершенную технику, которая при меньших затратах топлива давала бы максимальный результат от его использования.
далее
КПД теплового двигателя. КПД теплового двигателя - формула расчета определения
История создания паровой машины и ее использование
Изобретение паровых машин стало переломным моментом в истории человечества. Где-то на рубеже XVII-XVIII веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и ветряных мельниц на совершенно новые и уникальные механизмы – паровые двигатели.
далее
История создания паровой машины и ее использование
Узнаем как изготовить двигатель Стирлинга своими руками
Двигатель Стирлинга представляет собой тепловую машину, в которой рабочее тело (газообразное или жидкое) двигается в замкнутом объёме, по сути это разновидность двигателя внешнего сгорания. Этот механизм основан на принципе периодического нагрева и охлаждения рабочего тела. Извлечение энергии происходит из возникающего объема рабочего тела.
далее
Узнаем как изготовить двигатель Стирлинга своими руками