|
|
|
|
|
Глава 6. Свойства газов
§ 36. Принципы работы тепловых двигателей (окончание)Участок графика АВ соответствует изотермическому расширению рабочего тела. При этом оно получает от нагревателя, температура которого Т1, количество теплоты Q1. Участок графика ВС соответствует адиабатному расширению рабочего тела, при этом оно охлаждается до температуры Т2, равной температуре холодильника. Затем рабочее тело изотермически сжимается (участок графика CD) при температуре Т2. При этом холодильнику передаётся количество теплоты Q2. И наконец, рабочее тело адиабатно сжимается, его температура при этом повышается до температуры нагревателя Т1 (участок графика DA). КПД идеального теплового двигателя6. Поскольку тепловой двигатель Карно самый экономичный, он имеет и самый высокий коэффициент полезного действия при данной температуре нагревателя и холодильника. Он равен:
или
Из этой формулы следует, что КПД идеального теплового двигателя всегда меньше единицы, даже если устранены все потери энергии. Это связано с тем, что некоторое количество теплоты всегда передаётся холодильнику. Карно доказал, что КПД любого реального теплового двигателя не может быть больше КПД идеального теплового двигателя, имеющего те же значения температуры нагревателя и холодильника. 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. В настоящее время температура пара, используемого в паровых турбинах, достигает 580 °С. КПД такой турбины составляет 40— 41%. КПД идеального теплового двигателя при температуре нагревателя 580 °С и холодильника 27 °С равен 65% Вопросы для самопроверки 1. Какие преобразования энергии происходят в тепловом двигателе? 2. Как определить работу газа по графику зависимости давления газа от его объёма? 3. Каково назначение холодильника в тепловом двигателе? 4. Чему равен КПД реального теплового двигателя? Может ли КПД теплового двигателя быть равным 100% , если устранить все потери энергии? 5. Что собой представляет цикл Карно? Почему адиабатный и изотермический процессы являются энергетически наиболее выгодными? 6. Чему равен КПД идеального теплового двигателя? 7. Как повысить КПД реального теплового двигателя? Упражнение 26 1. Чему равно количество теплоты, полученное тепловым двигателем от нагревателя, если он отдал холодильнику количество теплоты 400 кДж, а его КПД составляет 40% ? 2. Чему должна быть равна температура холодильника идеального теплового двигателя, чтобы при температуре нагревателя 127 °С его КПД был равен 60% ? Ответы 1. 667 кДж. 2. 160 К.
|
|
|