Рубрика: Какой должна быть температура нагревателя

Какой должна быть температура нагревателя

Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем газ совершил при расширении. Как этого добиться? Ответ заключается в том, чтобы сжать газ при более низком давлении, чем было во время расширения. Другими словами, на -диаграмме процесс сжатия должен идти ниже процесса расширения, т.е. цикла теплового двигателя Например, в цикле на рисунке работа газа при расширении равна площади изогнутой трапеции. Аналогично, работа газа при сжатии равна площади криволинейной трапеции со знаком минус.

В результате работа газа за цикл положительна и равна площади цикла. Хорошо, но как заставить газ вернуться в исходное состояние по более низкой кривой, т.е.

Помним, что при заданном объеме, чем меньше давление газа, тем ниже температура. Следовательно, при сжатии газ должен пройти через состояния с более низкой температурой. Для этого и нужен холодильник: охлаждать газ во время сжатия.

Холодильником может быть атмосфера для двигателей внутреннего сгорания или охлаждающая вода для паровых турбин. По мере охлаждения газ отдает часть тепла холодильнику. Общее количество тепла, полученное газом в ходе цикла, равно.

Согласно первому закону термодинамики: где - изменение внутренней энергии газа в течение цикла. Оно равно нулю: ведь газ вернулся в исходное состояние, а внутренняя энергия, как мы помним, является функцией состояния.

В итоге получается, что работа газа за цикл равна: 1 Как видите, : Невозможно полностью преобразовать тепло, поступающее от нагревателя, в работу. Часть тепла должна быть отдана холодильнику, чтобы процесс стал циклическим. Показателем эффективности преобразования энергии сгорающего топлива в механическую работу является коэффициент полезного действия теплового двигателя.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя - это отношение механической работы к количеству теплоты Принимая во внимание соотношение 1, мы также имеем 2 Коэффициент полезного действия теплового двигателя, как мы видим, всегда меньше единицы. Холодильные машины Жизненный опыт и физические эксперименты говорят нам, что в процессе теплопередачи тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому, но не наоборот.

Жизненный опыт и физические эксперименты говорят нам, что в процессе теплопередачи тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому, но не наоборот.

Как правило, в процессе теплопередачи тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому, но не наоборот.

Никогда не наблюдалось процессов, в которых энергия спонтанно передавалась бы от холодного тела к горячему посредством теплообмена, заставляя холодное тело еще больше охлаждаться, а горячее - еще больше нагреваться. Холодильник Ключевое слово здесь - "спонтанно". Если мы используем внешний источник энергии, то можно передать тепло от холодного тела к горячему.

Это и делают холодильные машины. По сравнению с тепловым двигателем, процессы в холодильной машине имеют противоположное направление Рис. Рабочее тело холодильной машины также называется хладагентом. Для простоты мы будем рассматривать его как газ, который поглощает тепло при расширении и отдает его при сжатии В реальных холодильных системах хладагент представляет собой летучий раствор с низкой температурой кипения, который поглощает тепло при испарении и отдает его при конденсации.

Холодильник в холодильной машине - это тело, от которого отводится тепло. Холодильник передает количество тепла газу рабочего тела, вызывая расширение газа. При сжатии газ отдает тепло более нагретому телу - нагревателю. Чтобы произошла такая передача тепла, необходимо сжать газ при более высокой температуре, чем была при расширении. Это возможно только за счет работы, совершаемой внешним источником, например, электродвигателем В реальных холодильных агрегатах электродвигатель создает низкое давление в испарителе, которое заставляет хладагент кипеть и поглощать тепло; наоборот, в конденсаторе электродвигатель создает высокое давление, под которым хладагент конденсируется и отдает тепло.

Таким образом, количество тепла, переданное нагревателю, больше количества тепла, отобранного у холодильника, примерно на столько же:

на диаграмме показан цикл холодильной машины, идущий против часовой стрелки. Площадь цикла - это работа, совершенная внешним источником Рис. Цикл холодильной машины Основное назначение холодильной машины - охлаждение какого-либо резервуара, например, морозильной камеры.

В данном случае этот сосуд играет роль холодильника, а окружающая среда служит нагревателем - тепло, отводимое от сосуда, рассеивается в нем. Показателем эффективности холодильной машины является холодильный коэффициент, который равен отношению теплоты, отводимой от холодильника, к работе внешнего источника: Холодильный коэффициент может быть и больше единицы. В реальных холодильниках он принимает значения от 1 до 3. Есть еще одно интересное применение: Холодильная машина может работать как тепловой насос.

Тогда ее назначение - нагревать некоторый резервуар, например, обогревать помещение, забирая тепло из окружающей среды. В этом случае этот резервуар будет нагревателем, а окружающая среда - охладителем. Коэффициент нагрева - это отношение количества тепла, переданного нагреваемому резервуару, к внешнему источнику тепла: Значения коэффициента нагрева реальных тепловых насосов обычно находятся в диапазоне от 3 до 5.

Тепловая машина Карно Важными характеристиками тепловой машины являются наибольшее и наименьшее значения температуры рабочего тела в течение цикла. Эти значения называются температурой нагревателя и температурой охладителя соответственно. Мы видели, что КПД тепловой машины строго меньше единицы. Возникает естественный вопрос: каков максимально возможный КПД теплового двигателя при фиксированных значениях температуры нагревателя и температуры хладагента Пусть, например, максимальная температура рабочего тела двигателя равна , а минимальная - .

Каков теоретический предел КПД такого двигателя? Ответ на этот вопрос дал французский физик и инженер Сади Карно в году. Он изобрел и исследовал замечательный тепловой двигатель с идеальным газом в качестве рабочей среды.

Эта машина работает по циклу Карно, который состоит из двух изотерм и двух адиабат. Рассмотрим прямой цикл машины Карно, идущий по часовой стрелке Рис. В этом случае машина работает как тепловой двигатель. Цикл Карно.


Навигация

comments

  1. Yoshakar :

    не.не для меня

  2. Merisar :

    Где-то я уже замечал схожую тему да ладно

  3. Kigashicage :

    Это отличная идея. Я Вас поддерживаю.

  4. Tauktilar :

    Где-то я уже замечал схожую тему да ладно

  5. Dar :

    На мой взгляд это очень интересная тема. Предлагаю всем активнее принять участие в обсуждении.

  6. Kajizragore :

    Это было и со мной. Можем пообщаться на эту тему. Здесь или в PM.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *