Коэффициент полезного действия тепловой машины можно увеличить

Александр Алтынчурин
Мастер
(2026)
14 лет назад
Теоретический максимальный КПД теплового двигателя равен
КПД = 1 – Тхол/Тнагр, где
Тхол – температура охладителя, К
Тнагр – температура нагревателя, К
То есть для повышения КПД надо повышать Тнагр и уменьшать Тхол
В неидеальном случае к этому добавляется уменьшение потерь на трение и т. п. , как уже было сказано
Den
Ученик
(218)
14 лет назад
Повысить КПД теплового двигателя можно за счет уменьшения потерь на трение сопрягающихся деталей, за счет увеличения качества топлива и его сгорания, за счет совершенствования систем отвода сгораемых газов и т. д.
Кудрявый
Мастер
(1430)
14 лет назад
Самое главное – исключить возвратно-поступательное движение поршня, когда происходит сжатие топливной смеси. Про роторно-поршневой двигатель слышала?
Любитель
Профи
(642)
3 года назад
какое трение, какие возвратно-поступательные движения, вы че люди совсем отупели, механический КПД КШМ >95%!!! а качество топлива – это вообще бред слабоумных, в тех же судовых дизелях с КПД >50% применяется мазута!!! представтье себе МАЗУТА – т. е. практически отходы переработки нефти, и КПД у них выше чем у автомобильных в 2 раза… видите. качество топлива не влияет. На самом деле самые большие потери не в КШМ, не на трение, не в плохом топливе, самые большие потери а следовательно и пути повышения КПД – это 35% на выхлоп тепла в атмосферу и 35% – потери тепла в охлаждение!!! вот где непочатый край работы для совершенствования…. а дурачков орущих про бесшатунные двс, про трение, про топливо не слушайте – они орут уже более 100 лет пока существует ДВС и доказали что они – балаболы и их бредовые теории и больные фантазии слабоумного воображения не подтверждены ни расчетами ни опытами!!!
Конюхов Роман
Ученик
(198)
2 года назад
Короче говоря, горячие продукты горения топлива, которые в традиционных двигателях обычно напрямую выбрасываются в атмосферу, в данной машине сначала задерживаются в камере охладителя. Там при помощи теплообменников у газов осуществляется отбор теплоты, в результате чего они сжимаются, и в камере образуется вакуум. После этого к полости данной камеры подключается дополнительный цилиндр с поршнем (вакуумный двигатель). Вакуум распространяется в дополнительном цилиндре, за счет чего его поршень совершает работу. Кроме того, конструктивные особенности устройства позволяют подключать не одну, а две и несколько камер охладителя поочередно, как это показано на последнем изображении. Такая схема работы позволит охлаждать газы до более низкой температуры за счет увеличения времени их охлаждения.
Иван Шкинёв
Знаток
(288)
1 год назад
Главное в повышение КПД автомобиля-снизить расход бензина. Исправная машина должна прокатиться со скорости 50 км/ч накатом 420 м . 80 м. -разгон до 50 км/час. Цикл-500 м. 200 циклов-100 км. 16 км. -под тягой мотора, 84 км. -накат. КПД=16%. Бензиновый ДВС потребляет топливо по оборотам, а НЕ по нагрузке! Задача: как снизить расход при снижении нагрузки-(по прямой, под гору..). Надо наполнять цилиндр раб. смесью по нагрузке-от 100% до…. 15-20%. Или придать бензину качества солярки: не детонировать при обеднении смеси при полностью открытой дросс. заслонки. 1-й вариант исполнить не сложно: изменить фазу такта СЖАТИЯ, оставляя клапан открытым до 20 градусов до ВМТ. Оставшейся смеси хватит для сохранения набранной скорости 80-90 км/час. Это 12-15 л. с. ,(а не 40-50…).
Рассчитать необходимую мощность: s/tt=F/m. Пусть машина прошла… 200 м. за.. 20 секунд. Вес машины… 1500 кг. Вопрос: какая мощность мотора?. Считаем: 200/400=F/1500. F=750 кг. м. /с. Это=10 л. с. при 100% КПД. КПД бензинового ДВС=16%. 10*6,25=62,5 л. с. Мотор может быть и 200 л. с., но требуется 62,5 л. с. А если мотор всего… 40 л. с.? За сколько сек. машина проедет 200 метров? Считаем: 200/tt=480/1500. Ответ: 25 секунд.
Ньютон допустил ошибку в формуле S=att/2. v=at. Правильно: S=att. S/tt=F/m !!!
Источник
На чтение 8 мин. Обновлено 14 ноября, 2020
Если увеличить температуру холодильника то кпд теплового двигателя
Задание 11. Температуру холодильника теплового двигателя, работающего по циклу Карно, увеличили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД теплового двигателя и количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменилась
КПД теплового двигателя в цикле Карно описывается выражением
,
где
— количество теплоты, получаемое от нагревателя; — количество теплоты, отданное холодильнику. То же самое можно записать и через соответствующие температуры:
.
По условию задачи температура
, а температуру увеличили. В соответствии с приведенной формулой КПД двигателя уменьшается. А соотношение первой и второй формул КПД показывает, что величина должна увеличиться.
Источник
Если увеличить температуру холодильника то кпд теплового двигателя
Температуру холодильника идеальной тепловой машины увеличили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменилась.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
КПД тепловой машины | Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл работы | Работа газа за цикл |
Если повысить температуру холодильника при неизменной температуре нагревателя, КПД идеальной тепловой машины уменьшится:
КПД связано с работой газа и количеством теплоты, полученным газом за цикл, соотношением Таким образом, при повышении температуры холодильника работа газа за цикл уменьшится. Отданное холодильнику количество теплоты можно найти из закона сохранения энергии: Так как после повышения температуры холодильника количество теплоты останется неизменным, а работа уменьшится, количество теплоты, отданное холодильнику за цикл работы, увеличится.
Источник
Если увеличить температуру холодильника то кпд теплового двигателя
Температуру холодильника идеальной тепловой машины увеличили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменилась.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
КПД тепловой машины | Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл работы | Работа газа за цикл |
Если повысить температуру холодильника при неизменной температуре нагревателя, КПД идеальной тепловой машины уменьшится:
КПД связано с работой газа и количеством теплоты, полученным газом за цикл, соотношением Таким образом, при повышении температуры холодильника работа газа за цикл уменьшится. Отданное холодильнику количество теплоты можно найти из закона сохранения энергии: Так как после повышения температуры холодильника количество теплоты останется неизменным, а работа уменьшится, количество теплоты, отданное холодильнику за цикл работы, увеличится.
Источник
Если увеличить температуру холодильника то кпд теплового двигателя
Температуру холодильника идеальной тепловой машины уменьшили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменилась.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
КПД тепловой машины | Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл работы | Работа газа за цикл |
Если понизить температуру холодильника при неизменной температуре нагревателя, КПД идеальной тепловой машины увеличится:
КПД связано с работой газа и количеством теплоты полученным газом за цикл, соотношением Таким образом, поскольку при понижении температуры холодильника количество теплоты, получаемое газом от нагревателя за цикл, не изменяется, заключаем, что работа газа за цикл увеличится. Отданное холодильнику количество теплоты можно найти из закона сохранения энергии: Так как после понижения температуры холодильника количество теплоты останется неизменным, а работа возрастет, количество теплоты отданное холодильнику за цикл работы, уменьшится.
Источник
СПАДИЛО.РУ
Молекулярно-кинетическая теория
Задание №12 в ЕГЭ по физике — последнее тестовое задание на тему термодинамики.
Теория к заданию №12 ЕГЭ по физике
КПД тепловой машины
Адиабатный процесс
Адиабатный (адиабатический) процесс связан с первым термодинамическим законом. При нем изменение теплоты в системе равно сумме изменений тепловой энергии и выполненной работы, которую выполняет газ. Он протекает без передачи газу теплоты. Не происходит и передача теплоты газом внешней среде. Адиабатический процесс графически изображается так:
Разбор типовых вариантов № 12 ЕГЭ по физике
Демонстрационный вариант 2018
Тепловая машина работает по циклу Карно. Температуру холодильника тепловой машины повысили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
КПД тепловой машины |
КПД тепловой машины | Работа газа за цикл |
2 | 2 |
Ответ: 22
Первый вариант задания (Демидова, №3)
На рисунках приведены графики А и Б двух процессов, 1-2 и 3-4, происходящих с 1 моль гелия. Графики построены в координатах V-T и p-V, где р — давление, V — объём, Т — абсолютная температура газа. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображённые на графиках процессы. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ | УТВЕРЖДЕНИЯ 1) Над газом совершают работу, при этом его внутренняя энергия увеличивается. 2) Над газом совершают работу, при этом газ отдаёт положительное количество теплоты. 3) Газ получает положительное количество теплоты и совершает работу. 4) Газ получает положительное количество теплоты, при этом его внутренняя энергия увеличивается. |
Алгоритм решения:
- Рассматриваем первый график таблицы. Ищем правильное предложение в графе справа.
- Проводим анализ второго графика в левой графе таблицы. Определяем правильный ответ в графе справа.
- Записываем ответ.
Решение:
1. На графике А) температура повышается, но объем не изменяется. Это изохорный процесс, поэтому газ не совершает работы, и над газом работа не совершается. Поскольку темп-ра увеличивается (происходит нагревание), газ получает некоторое кол-во теплоты. Из 1-го з-на термодинамики (Q=∆U+A) следует, что его внутр.энергия возрастает. Анализируем утверждения: 1) Утверждение 1 неверно в своей первой части; 2) Утверждение 2 неверно полностью; 3) Утверждение 3 неверно в своей 2-й части; 4) Утверждение 4 верно.
2. Вариант Б) показывает: уменьшаются показатели объема газа и давления. Происходит сжатие газа; это означает, что над газом производится работа. Применив ур-ние Менделеева-Клапейрона (pV=νRT), делаем вывод: при снижении объема и давления должна снижаться и температура. А из этого утверждения в свою очередь следует, что снижается внутр.энергия газа. Кол-во теплоты (положительное) при этом отдается. Работа над газом в данном случае совершается. Анализируем утверждения: 1) Утверждение 1 неверно во 2-й своей части; 2) Утверждение 2 верно; 3) Утверждения 3 и 4 неверны полностью.
Второй вариант задания (Демидова, №20)
Установите соответствие между процессами в идеальном газе и формулами, которыми они описываются (N — число частиц, р — давление, V — объём, Т — абсолютная температура, Q — количество теплоты.) К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ПРОЦЕССЫА) изохорный процесс при N = const Б) адиабатный процесс при N = const | ФОРМУЛЫ |
Алгоритм решения:
- Анализируем, что происходит при изохорном типе процесса. Определяем, какой вариант равенств соответствует такому процессу.
- Анализируем, каким образом происходит адиабатический процесс. Устанавливаем, какое равенство соответствует данному процессу.
- Записываем ответ.
Решение:
1. Справа вариантом А) записано, что происходит изохорный процесс. Он совершается при постоянном показателе объема. В этом случае действует з-н Шарля: р/Т= const. Такое равенство стоит под 1-м номером.
2. При адиабатическом процессе Б) не происходит теплового обмена со средой, то есть выполняется равенство: Q=0. Значит, правильные предложения 1 и 4.
Источник
Adblock
detector
Источник
Физика, 10 класс
Урок 25. Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
1) Понятие теплового двигателя;
2)Устройство и принцип действия теплового двигателя;
3)КПД теплового двигателя;
4) Цикл Карно.
Глоссарий по теме
Тепловой двигатель – устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.
КПД (коэффициент полезного действия) – это отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.
Двигатель внутреннего сгорания – двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя.
Реактивный двигатель – двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.
Цикл Карно – это идеальный круговой процесс, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов.
Нагреватель – устройство, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой идет на совершение работы.
Холодильник – тело, поглощающее часть энергии рабочего тела (окружающая среда или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара, т.е. конденсаторы).
Рабочее тело – тело, которое расширяясь, совершает работу (им является газ или пар)
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 269 – 273.
2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. -М.: Дрофа,2014. – С. 87 – 88.
Открытые электронные ресурсы по теме урока
https://kvant.mccme.ru/1973/12/teplovye_mashiny.htm
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Сказки и мифы разных народов свидетельствуют о том, что люди всегда мечтали быстро перемещаться из одного места в другое или быстро совершать ту или иную работу. Для достижения этой цели нужны были устройства, которые могли бы совершать работу или перемещаться в пространстве. Наблюдая за окружающим миром, изобретатели пришли к выводу, что для облегчения труда и быстрого передвижения нужно использовать энергию других тел, к примеру, воды, ветра и т.д. Можно ли использовать внутреннюю энергию пороха или другого вида топлива для своих целей? Если мы возьмём пробирку, нальём туда воду, закроем её пробкой и будем нагревать. При нагревании вода закипит, и образовавшие пары воды вытолкнут пробку. Пар расширяясь совершает работу. На этом примере мы видим, что внутренняя энергия топлива превратилась в механическую энергию движущейся пробки. При замене пробки поршнем способным перемещаться внутри трубки, а саму трубку цилиндром, то мы получим простейший тепловой двигатель.
Тепловой двигатель – тепловым двигателем называется устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.
Вспомним строение простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень. Поршень с помощью шатуна соединяется с коленчатым валом. В верхней части каждого цилиндра имеются два клапана. Один из клапанов называют впускным, а другой – выпускным. Для обеспечения плавности хода поршня на коленчатом вале укреплен тяжелый маховик.
Рабочий цикл ДВС состоит из четырех тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
Во время первого такта открывается впускной клапан, а выпускной клапан остается закрытым. Движущийся вниз поршень засасывает в цилиндр горючую смесь.
Во втором такте оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь, которая при сжатии нагревается.
В третьем такте, когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электрической искрой свечи. Воспламенившаяся смесь образует раскаленные газы, давление которых составляет 3 -6 МПа, а температура достигает 1600 -2200 градусов. Сила давления толкает поршень вниз, движение которого передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок маховик будет дальше вращаться по инерции, обеспечивая движение поршня и при последующих тактах. Во время этого такта оба клапана остаются закрытыми.
В четвертом такте открывается выпускной клапан и отработанные газы движущимся поршнем выталкиваются через глушитель (на рисунке не показан) в атмосферу.
Любой тепловой двигатель включает в себя три основных элемента: нагреватель, рабочее тело, холодильник.
Для определения эффективности работы теплового двигателя вводят понятие КПД.
Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.
Q1 – количество теплоты полученное от нагревания
Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику
– работа, совершаемая двигателем за цикл.
Этот КПД является реальным, т.е. как раз эту формулу и используют для характеристики реальных тепловых двигателей.
Зная мощность N и время работы t двигателя работу, совершаемую за цикл можно найти по формуле
Передача неиспользуемой части энергии холодильнику.
В XIX веке в результате работ по теплотехнике французский инженер Сади Карно предложил другой способ определения КПД (через термодинамическую температуру).
Главное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т1, и холодильником с температурой Т2, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины. Сади Карно, выясняя при каком замкнутом процессе тепловой двигатель будет иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из 2 адиабатных и двух изотермических процессов
Цикл Карно – самый эффективный цикл, имеющий максимальный КПД.
Не существует теплового двигателя, у которого КПД = 100% или 1.
Формула дает теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1.
Но температура холодильника практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твердое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.
Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими.
Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному — важнейшая техническая задача.
Тепловые двигатели – паровые турбины, устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном – поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном – двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины; на железнодорожном – тепловозы с дизельными установками; в авиационном – поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.
Сравним эксплуатационные характеристики тепловых двигателей.
КПД:
Паровой двигатель – 8%.
Паровая турбина – 40%.
Газовая турбина – 25-30%.
Двигатель внутреннего сгорания – 18-24%.
Дизельный двигатель – 40– 44%.
Реактивный двигатель – 25%.
Широкое использование тепловых двигателей не проходит бесследно для окружающей среды: постепенно уменьшается количество кислорода и увеличивается количество углекислого газа в атмосфере, воздух загрязняется вредными для здоровья человека химическими соединениями. Возникает угроза изменения климата. Поэтому нахождение путей уменьшения загрязнения окружающей среды является сегодня одной из наиболее актуальных научно-технических проблем.
Примеры и разбор решения заданий
1. Какую среднюю мощность развивает двигатель автомобиля, если при скорости 180 км/ч расход бензина составляет 15 л на 100 км пути, а КПД двигателя 25%?
Дано: v=180км/ч = 50 м/с, V = 15 л = 0,015 м3, s = 100 км = 105 м, ɳ = 25% = 0,25, ρ = 700 кг/м3, q = 46 × 106 Дж/кг.
Найти: N.
Решение:
Запишем формулу для расчёта КПД теплового двигателя:
Работу двигателя, можно найти, зная время работы и среднюю мощность двигателя:
Количество теплоты, выделяющееся при сгорании бензина, находим по формуле:
Учитывая всё это, мы можем записать:
Время работы двигателя можно найти по формуле:
Из формулы КПД выразим среднюю мощность:
.
Подставим числовые значения величин:
После вычислений получаем, что N=60375 Вт.
Ответ: N=60375 Вт.
2. Тепловая машина имеет КПД 25 %. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику составляет 4 кВт. Какое количество теплоты рабочее тело получает от нагревателя за 20 с?
Дано: ɳ = 25%, N = 4000 Вт, t = 20 с.
Найти: Q1.
Решение
=
– это количество теплоты, отданное холодильнику
Источник