фывфыввфывфывфывфы. 7.Термодинамика. Что изучает термодинамика
 Скачать 0.53 Mb.
|
Коэффициент полезного действия.Рабочее тело, получая некоторое количество теплоты от нагревателя QН, часть этого количества отдает холодильнику QХ. Поэтому совершаемая работа равна А=QН—QХ. Отношение этой работы к количеству теплоты, полученной расширяющимся газом от нагревателя, называется КПД тепловоймашины. Цикл КарноАнализируя работу тепловых двигателей, обладающих низким КПД, французский ученый Сади Карно пришел к выводу о том, что максимальный КПД может быть достигнут, если приобретение и отдача энергии рабочим телом путем теплообмена будет происходить при постоянной температуре, а температура рабочего вещества будет меняться только в процессе совершения работы. В те годы, когда жил Сади Карно (1796—1832) наилучшие паровые машины имели КПД 5% С. Карно предложил цикл идеальной тепловой машины. Рабочий цикл Карно состоит из двух равновесных изотермических и двух равновесных адиабатных процессов. (Напомним, что равновесным называется процесс,вкоторомгазпроходитрядследующихдругзадругомравновесныхсостояний. Параметры таких состояний отличаются на малуювеличину.) В идеальной машине отсутствуют всякие потери на теплопроводность, трение, излучение и т.д. В качестве рабочего тела выбирается идеальный газ. На участке 1-2 идеальный газ совершает работу по изотермическомурасширениюза счет теплоты, полученной от нагревателя. Внутренняя энергия не изменяется, т.к. T=const. При адиабатном расширении 2—3 газ совершает работу за счет изменения внутренней энергии, т.к.при этом процессе газ не получает теплоты. При изотермическомсжатии3-4 выделяющееся теплота полностью передается холодильнику, внутренняя энергия не меняется. При адиабатномсжатии4—1 работа идет на повышение внутренней энергии  Рисунок 3 В реальных тепловых двигателях процессы протекают настолько быстро, что уменьшение и увеличение внутренней энергии рабочего вещества при изменении его объема не успевает компенсироваться притоком энергии от нагревателя и отдачей энергии холодильнику. Поэтому изотермические процессы не могут быть реализованы. То же относится и к строго адиабатным процессам, т.к. в природе нет идеальных теплоизоляторов. Кроме того, в реальных двигателях всегда существуют потери энергии на трение. Поэтому КПД цикла в реальных двигателях всегда меньше КПД цикла Карно. Из уравнения КПД следует, что для повышения КПД нужно увеличиватьтемпературунагревателяиуменьшатьтемпературухолодильника. Совершенствуя механические или электрические двигатели, их КПД стремятся приблизить к 100%, уменьшая потери энергии. При совершенствовании тепловых двигателей решается задача. приближения их КПД не к 100%, а к КПД идеального двигателя Карно, работающего при тех же температурах нагревателя и холодильника. А он тем больше, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Поэтому для повышения КПД теплового двигателя стремятся повысить температуру нагревателя и понизить температуру холодильника. Сложность заключается в том, что повышение температуры нагревателя ограничивается свойствами применяемых в конструкции двигателей сплавов. В частности, они должны быть теплостойкими и жаропрочными. Кроме того, сплавы должны обладать высокой механической прочностью и выдерживать высокие давления, не разрушаясь и сохраняя свои упругие свойства. |