Развитие техники зависит от умения использовать громадные запасы внутренней энергии. Использовать эту энергию - это значит совершать за ее счет полезную работу. Рассмотрим источники, которые совершают работу за счет внутренней энергии.
Тепловой двигатель - устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию
Вся ли тепловая энергия превращается в тепловых двигателях в механическую энергию? Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только часть той энергии, которая выделяется топливом. Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие КПД (коэффициент полезного действия) двигателя.
Основные части теплового двигателя Нагреватель рабочее тело холодильник Передает количество теплоты Q 1 рабочему телу Q 1 Q 2 Совершает работу: Потребляет часть полученного количества теплоты Q 2
КПД замкнутого цикла Q 1 – количество теплоты полученное от нагревания Q 1 >Q 2 Q 2 - количество теплоты отданное холодильнику Q 2 <Q 1 A’ = Q 1 - |Q 2 | - работа совершаемая двигателем за цикл η < 1
Цикл C. Карно T 1 – температура нагревания Т 2 – температура холодильника
Паровой двигатель Паровая турбина Двигатель внутреннего сгорания Дизельный двигатель Газовая турбина Реактивный двигатель Виды тепловых двигателей
Характеристики тепловых двигателей Двигатели Мощность, кВт КПД, % ДВС: карбюраторный дизельный 1 – 200 15 - 2200 25 35 Турбины: паровые газовые 3 10 5 12 10 5 30 27 Реактивный 3 10 7 80
КПД теплового двигателя = (А / Q 1 ) 100% = А п / А з = А п / А з = А п / А з = ( Q 1 - Q 2 / Q 1 ) 100% ВСЕГДА! 00% Почему?
Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли решил ученик задачу? КПД теплового двигателя 45%. Что означает это число? Качественные задачи:
Нет. КПД теплового двигателя не может быть равен 200%, т. к. он всегда 00%. КПД теплового двигателя 45% означает, что только 45% от теплоты, переданной рабочему телу (газу), идет на совершение полезной работы. Ответы:
1.Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдаёт холодильнику энергию 800 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя? Задачи:
1.Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдаёт холодильнику энергию 800 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя? Решение: = ( Q 1 - Q 2 / Q 1 ) 100%= ( 1000-800 / 1000) 100% = 20%
Задачи: Задача 2. В идеальном тепловом двигателе абсолютная температура холодильника вдвое меньше температуры нагревателя. Если, не меняя температуры нагревателя, температуру холодильника понизить второе, то во сколько раз увеличится КПД двигателя?
Дано: Решение: КПД идеального теплового двигателя: Тогда Искомое отношение: Ответ: КПД двигателя увеличится в 1,7 раза.
Задача 3. В цилиндре двигателя автомобиля при сгорании топлива образуются газы, температура которых 1000 К, температура отработанных газов 373 К. Определить путь, пройденный автомобилем, имеющим в баке 40 л топлива, удельная теплота сгорания которого 3,2 ∙ 10 10 Дж/м 3. Сила сопротивления движению автомобиля 1,7 ∙ 10 3 Н. Двигатель считать идеальным.
Дано: Решение: Полезная работа двигателя: Количество теплоты, полученное двигателем: КПД теплового двигателя: КПД идеального теплового двигателя:
Дано: Ответ: автомобиль проехал 472 км. Тогда Решение:
Задача 4. В калориметр, содержащий 0,5 кг воды и 0,1 кг льда при температуре 273 К, поместили электрический нагреватель при такой же температуре. Общая теплоемкость калориметра и нагревателя 1 00 Дж/К. Сколько времени необходимо пропускать ток через нагреватель, чтобы вода в калориметре нагрелась до 373 К и 0,2 кг ее обратились в пар? Нагреватель потребляет мощность 500 Вт, а КПД — 90%.
КПД установки: Количество теплоты, выделяемое нагревателем: нагревания воды: Количество теплоты для: плавления льда: парообразования: нагревания калориметра и нагревателя: Дано: Решение:
Дано: КПД установки: Решение: Тогда
Ответ: ток необходимо пропускать 27,6 мин. Решение: Дано:
Задача 5. Абсолютная температура нагревателя идеального теплового двигателя в 3 раза выше температуры холодильника. Если за один цикл двигатель поднимает поршень массой 5 кг на высоту 20 м и сжимает при этом пружину жесткостью 625 кН/м на 8 см, то какое количество теплоты получает рабочее тело от нагревателя за один цикл?
Дано: Решение: Искомое количество теплоты:
Задача 5. Кожух станкового пулемета наполнен 4 кг воды при температуре 0 о С. Скорость стрельбы 10 выстрелов в секунду. Заряд пороха в патроне 3,2 г. За какое время выкипит половина воды в кожухе при непрерывной стрельбе? Считать, что на нагревание ствола идет 30% теплоты, выделенной при сгорании топлива. Какова начальная скорость пули, если ее масса 9,6 г, а КПД пулемета 20%?
Дано: Решение: СИ КПД процесса при теплообмене с учетом ЗСЭ: Изменение внутренней энергии сгораемого топлива: Кол-во теплоты, выделяемое при сгорании топлива :
Кол-во теплоты, полученное водой: Закон сохранения и превращения энергии: Тогда Изменение внутренней энергии сгораемого топлива: Дано: СИ Решение:
Дано: Решение: Время, за которое выкипит половина воды: СИ Работа расширения пороховых газов: КПД пулемета:
Дано: СИ Решение:
Дано: СИ Решение:
Спасибо за внимание!
