М.А. Бавыкина, учитель физики, МАОУ СОШ № 22, г. Тамбова
F
нагреватель
Т 1
холодильник
Т 2
Устройство
Тепловые двигатели - устройства,
превращающие внутреннюю
энергию топлива в механическую
и принцип действия
Необходимое условие
работы двигателя
стороны поршня (лопастей)
Q 1
достигается
повышением температуры
рабочего тела
по сравнению с температурой окружающей среды
A
рабочее
тело
Т 1 – температура нагревателя
Т 2 – температура холодильника
Q 2
Холодильником является
- атмосфера (чаще)
- конденсаторы
A Очевидно : нагреватель по закону сохранения энергии холодильник Q 2 Q 1 = A + Q 2 A = Q 1 - Q 2 КПД ( ) – отношение работы, совершенной двигателем , к количеству теплоты, полученному от нагревателя η Q 2 A η = =1- Q 1 Q 1 Т 1 - Т 2 т 1 " width="640"
η
η =
невозможно
Невозможно перевести тепло
от более холодной системы к более
горячей при отсутствии других одновременных изменений в системах или окружающих телах
Q 1 A
Очевидно :
нагреватель
по закону сохранения энергии
холодильник
Q 2
Q 1 = A + Q 2
A = Q 1 - Q 2
КПД ( ) – отношение работы, совершенной двигателем , к количеству теплоты, полученному от нагревателя
η
Q 2
A
η
=
=1-
Q 1
Q 1
Т 1 - Т 2
т 1
Виды тепловых двигателей
и их применение
реактивные
турбины
паровая
газовая
ракетные
воздушно-реактивные
электростанциях
ракет
карбюраторные
дизельные
Двигатели на легковых
и грузовых автомобилях,
мотоциклах,
водном
и железнодорожном
транспорте, в быту
Привод стационарных
силовых установок,
тепловозы, дизелевозы,
тракторы, асфальтовые катки, скреперы
Уменьшение трения частей
двигателя
Пути повышения КПД
Снижение потерь вследствие
неполного сгорания топлива
Двигатели и окружающая среда
Проблема:
Проблема:
Тепловое загрязнение
окружающей среды,
выполняющей роль
«холодильника »
(парниковый эффект)
Химическое загрязнение
окружающей среды
продуктами сгорания
топлива.
Снижение содержания
кислорода в атмосфере
Пути решения проблем
Строительство очистных сооружений, ограничение
использования соединений тяжелых металлов для топлива,
использование водорода в качестве топлива,
создание электромобилей и.т.д.
вопросы
1. Из каких основных частей состоит любой тепловой двигатель ?
2.Газ расширяется самопроизвольно. Может ли происходить
самопроизвольное сжатие газа?
3.Станет ли КПД двигателя равным 100%, если исчезнет трение
между частями двигателя?
4.Как понизить температуру газа перед сжатием, не допуская при
этом теплопередачи?
5. Как влияют тепловые двигатели на окружающую среду?
Температура нагревателя тепловой машины
150 0 С , а холодильника 25 0 С , машина получила от нагревателя 4 х 10 4 Дж энергии.
Как велика работа, совершенная машиной?
Задача
Дано:
Решение:
А
Т 1 = 150 0 С = 423 К
Т 1 -Т 2
С другой стороны,
η
=
=
η
Т 2 = 25 0 С = 298 К
Q 1
Т 1
Приравнивая правые части равенств, получим:
Q 1 = 4 Х 10 4 Дж
А - ?
Т 1 -Т 2
А
=
Q 1
Т 1
Выражая неизвестную величину, получим:
(Т 1 -Т 2 ) Q 1
( 423 К – 298 К ) х 4 х 10 4 Дж
А =
=
= 1 х 10 4 Дж
Т 1
423 К
Ответ : 1 х 10 4 Дж
Сравните:
Когда КПД теплового двигателя будет большим: при увеличении на один градус температуры нагревателя. Или при снижении на один градус температуры холодильника?
Решение :
Т 1 -Т 2
1. Запишем исходную формулу для расчета КПД:
η
=
Т 1
2. При повышении температуры нагревателя формула примет вид:
1
Т 1 -Т 2
Т 1 + 1 -Т 2
+
=
η 1
=
Т 1 +1
Т 1 +1
Т 1 +1
3. При понижении температуры холодильника будем иметь:
Т 1 -Т 2
Т 1 - ( Т 2 – 1)
1
η 2
=
=
+
Т 1
Т 1
Т 1
4. Сравнивая почленно слагаемые в полученных формулах, видим,
что η 1 η 2 .