Тепловые двигатели.

Тепловые двигатели.

Машины, преобразующие внутреннюю энергию механическую работу называют тепловыми двигателями

Хронология изобретений:

1690 - пароатмосферная машина Д.Папена (Франция) - теоретически

1698 -  пароатмосферная машина Т.Севери (Англия)

1705 -  пароатмосферная машина Т.Ньюкомена (Англия)

1763 - паровая машина И.Ползунова (Россия)

1774 - паровая машина Д.Уатта (Англия)

1860 - двигатель внутреннего сгорания Ленуара (Франция)

1865 - двигатель внутреннего сгорания Н.Отто (Германия)

1871 - холодильная машина К.Линде (Германия)

1887 - паровая турбина К.Лаваля (Швеция)

1897 - двигатель внутреннего сгорания Р.Дизеля (Германия)

Круговой (циклический) процесс - если в результате изменений система вернулась в исходное состояние, то говорят, что она совершила круговой процесс или цикл.

А_1а2>А_1б2 - по модулю (из сравнения площадей).

А_1а2>0

А_1б2<0

Суммарная работа за циклический процесс численно равна площади, ограниченной линией процесса.

Из второго з-на термодинамики: ни один тепловой двигатель не может иметь кпд равный единице (100%). 

, где А - работа двигателя за цикл, Q - количество теплоты, полученное двигателем  за цикл.

Принцип работы теплового двигателя:

Q = A' + ΔU - количество теплоты, переданное системе расходуется на совершение этой системой механической работы и на увеличение ее внутренней энергии (т.е. система должно отдать тепло в окружающее пространство) - 1-й з-н термодинамики.

Q = A' + ΔU

Нагреватель передает тепло рабочему телу при температуре Т₁.

Рабочее тело совершает полезную механическую работу A'.

Холодильник (охладитель) получает часть тепла, обеспечивая циклический процесс.

A' = Q₁ - Q₂

Коэффициент полезного действия теплового двигателя:

Кпд реальных двигателей:

турбореактивный - 20 -30%; карбюраторный - 25 -30%, дизельный - 35-45%.

0 - 1 - впуск горючей смеси (изобара)

1 - 2 - сжатие (адиабата)

2 - загорание горючей смеси

2 -3 -резкое возрастание давления (изохора)

3 -4 - рабочий ход (адиабата)

4 - 0 - выпуск

Идеальная тепловая машина - машина Карно (Сади Карно, Франция, 1815).

Машина работает на идеальном газе.

1 - 2 - при тепловом контакте с нагревателем газ расширяется изотермически.

2 - 3 - газ расширяется адиабатно.

После контакта с холодильником:

3 - 4 - изотермическое сжатие;

4 - 1 - адиабатное сжатие.

КПД идеальной машины:

η является функцией только двух температур, не зависит от устройства машины и вида топлива.

Теорема Карно: кпд реальной тепловой машины не может быть больше кпд идеальной машины, работающей в том же интервале температур.

Цикл Карно обратим. Машина, работающая по обратному циклу наз. холодильной машиной.