Algoritmus na riešenie problémov na určenie efektívnosti. tepelný cyklus podľa grafu tlaku verzus objem. Tepelný motor. Účinnosť tepelného motora Ideálny tepelný motor

Moderná realita si vyžaduje široké používanie tepelných motorov. Početné pokusy nahradiť ich elektromotormi zatiaľ zlyhali. Problémy spojené s akumuláciou elektriny v autonómnych systémoch sú ťažko riešiteľné.

Problémy technológie výroby elektrických batérií, berúc do úvahy ich dlhodobé používanie, sú stále aktuálne. Rýchlostné charakteristiky elektrických vozidiel sú ďaleko od automobilov so spaľovacími motormi.

Prvé kroky na vytvorenie hybridných motorov môžu výrazne znížiť škodlivé emisie v megamestách a vyriešiť problémy životného prostredia.

Trochu histórie

Možnosť premeny energie pary na energiu pohybu bola známa už v staroveku. 130 pred Kristom: Filozof Heron Alexandrijský predstavil publiku parnú hračku - aeolipile. Guľa naplnená parou sa začala otáčať pod vplyvom prúdov, ktoré z nej vychádzali. Tento prototyp moderných parných turbín sa v tých časoch nepoužíval.

Po mnoho rokov a storočí sa vývoj filozofa považoval len za zábavnú hračku. V roku 1629 Talian D. Branchi vytvoril aktívnu turbínu. Para poháňala kotúč vybavený lopatkami.

Od tohto momentu sa začal prudký rozvoj parných strojov.

Tepelný motor

Premena paliva na energiu pohybu častí strojov a mechanizmov sa využíva v tepelných motoroch.

Hlavné časti strojov: ohrievač (systém na získavanie energie zvonku), pracovná kvapalina (vykonáva užitočnú činnosť), chladnička.

Ohrievač je navrhnutý tak, aby zabezpečil, že pracovná tekutina akumuluje dostatočnú zásobu vnútornej energie na vykonávanie užitočnej práce. Chladnička odoberá prebytočnú energiu.

Hlavná charakteristika účinnosti sa nazýva účinnosť tepelných motorov. Táto hodnota ukazuje, koľko energie vynaloženej na vykurovanie sa vynaloží na vykonávanie užitočnej práce. Čím vyššia je účinnosť, tým je prevádzka stroja ziskovejšia, ale táto hodnota nemôže prekročiť 100%.

Výpočet účinnosti

Nechajte ohrievač získať z vonkajšej energie energiu rovnajúcu sa Q 1 . Pracovná tekutina vykonala prácu A, pričom energia dodaná do chladničky bola Q 2.

Na základe definície vypočítame hodnotu účinnosti:

η= A/Q1. Zoberme si, že A = Q 1 - Q 2.

Účinnosť tepelného motora, ktorého vzorec je η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, nám umožňuje vyvodiť tieto závery:

• Účinnosť nemôže prekročiť 1 (alebo 100 %);
• na maximalizáciu tejto hodnoty je potrebné buď zvýšiť energiu prijatú z ohrievača alebo znížiť energiu dodávanú do chladničky;
• zvýšenie energie ohrievača sa dosiahne zmenou kvality paliva;
• Konštrukčné vlastnosti motorov môžu znížiť energiu dodávanú do chladničky.

Ideálny tepelný motor

Je možné vytvoriť motor, ktorého účinnosť by bola maximálna (ideálne rovná 100%)? Na túto otázku sa pokúsil nájsť odpoveď francúzsky teoretický fyzik a talentovaný inžinier Sadi Carnot. V roku 1824 boli zverejnené jeho teoretické výpočty o procesoch vyskytujúcich sa v plynoch.

Hlavnou myšlienkou ideálneho stroja je vykonávať reverzibilné procesy s ideálnym plynom. Začneme izotermickou expanziou plynu pri teplote T 1 . Potrebné množstvo tepla je Q 1. Potom plyn expanduje bez výmeny tepla Po dosiahnutí teploty T 2 sa plyn izotermicky stlačí, čím sa energia Q 2 prenesie do chladničky. Plyn sa vracia do pôvodného stavu adiabaticky.

Účinnosť ideálneho Carnotovho tepelného motora sa pri presnom výpočte rovná pomeru teplotného rozdielu medzi vykurovacím a chladiacim zariadením k teplote ohrievača. Vyzerá to takto: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

Možná účinnosť tepelného motora, ktorej vzorec je: η = 1 - T 2 / T 1, závisí len od teplôt ohrievača a chladiča a nemôže byť vyššia ako 100 %.

Tento vzťah nám navyše umožňuje dokázať, že účinnosť tepelných motorov sa môže rovnať jednote iba vtedy, keď chladnička dosiahne teploty. Ako je známe, táto hodnota je nedosiahnuteľná.

Carnotove teoretické výpočty umožňujú určiť maximálnu účinnosť tepelného motora akejkoľvek konštrukcie.

Carnotova veta je nasledovná. Ľubovoľný tepelný stroj nemôže mať za žiadnych okolností vyššiu účinnosť, ako je rovnaká hodnota účinnosti ideálneho tepelného motora.

Príklad riešenia problému

Príklad 1 Aká je účinnosť ideálneho tepelného motora, ak je teplota ohrievača 800 °C a teplota chladničky o 500 °C nižšia?

T1 = 800 o C = 1073 K, ∆T = 500 o C = 500 K, η - ?

Podľa definície: η=(T1 - T2)/T1.

Nie je nám daná teplota chladničky, ale ∆T= (T 1 - T 2), teda:

η= ∆T / Ti = 500 K/1073 K = 0,46.

Odpoveď: Účinnosť = 46 %.

Príklad 2 Určte účinnosť ideálneho tepelného motora, ak sa vďaka získanému kilojoule energie ohrievača vykoná užitočná práca 650 J Aká je teplota ohrievača tepelného motora, ak je teplota chladiča 400 K?

Q1 = 1 kJ = 1 000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 = ?

V tomto probléme hovoríme o tepelnej inštalácii, ktorej účinnosť možno vypočítať pomocou vzorca:

Na určenie teploty ohrievača používame vzorec pre účinnosť ideálneho tepelného motora:

n = (T1 - T2)/T1 = 1 - T2/T1.

Po vykonaní matematických transformácií dostaneme:

Ti = T2/(1- n).

Ti = T2/(1-A/Q1).

Poďme počítať:

n= 650 J/ 1000 J = 0,65.

Ti = 400 K / (1-650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Odpoveď: η= 65 %, T1 = 1142,8 K.

Reálne podmienky

Ideálny tepelný motor je navrhnutý s ohľadom na ideálne procesy. Práca sa vykonáva iba v izotermických procesoch, jej hodnota je určená ako plocha ohraničená grafom Carnotovho cyklu.

V skutočnosti nie je možné vytvoriť podmienky na to, aby proces zmeny skupenstva plynu prebiehal bez sprievodných teplotných zmien. Neexistujú žiadne materiály, ktoré by vylučovali výmenu tepla s okolitými predmetmi. Adiabatický proces sa stáva nemožným. V prípade výmeny tepla sa musí nevyhnutne zmeniť teplota plynu.

Účinnosť tepelných motorov vytvorených v reálnych podmienkach sa výrazne líši od účinnosti ideálnych motorov. Všimnite si, že procesy v skutočných motoroch prebiehajú tak rýchlo, že zmeny vnútornej tepelnej energie pracovnej látky v procese zmeny jej objemu nemožno kompenzovať prílevom tepla z ohrievača a prenosom do chladničky.

Iné tepelné motory

Skutočné motory pracujú v rôznych cykloch:

• Ottov cyklus: proces s konštantným objemom sa adiabaticky mení, čím vzniká uzavretý cyklus;
• Dieselový cyklus: izobarový, adiabatický, izochórový, adiabatický;
• proces prebiehajúci pri konštantnom tlaku je nahradený adiabatickým, čím sa cyklus uzatvára.

V reálnych motoroch nie je možné v moderných technológiách vytvárať rovnovážne procesy (približovať ich tým ideálnym). Účinnosť tepelných motorov je výrazne nižšia aj pri zohľadnení rovnakých teplotných podmienok ako v ideálnej tepelnej inštalácii.

Úloha vzorca na výpočet účinnosti by sa však nemala znižovať, pretože práve to sa stáva východiskovým bodom v procese práce na zvýšení účinnosti skutočných motorov.

Spôsoby, ako zmeniť efektivitu

Pri porovnaní ideálnych a skutočných tepelných motorov stojí za zmienku, že teplota chladničky nemôže byť žiadna. Zvyčajne sa atmosféra považuje za chladničku. Teplotu atmosféry možno akceptovať len približnými výpočtami. Prax ukazuje, že teplota chladiacej kvapaliny sa rovná teplote výfukových plynov v motoroch, ako je to v prípade spaľovacích motorov (skrátene ICE).

ICE je najbežnejším tepelným motorom v našom svete. Účinnosť tepelného motora v tomto prípade závisí od teploty vytvorenej horiacim palivom. Významným rozdielom medzi spaľovacími motormi a parnými motormi je zlúčenie funkcií ohrievača a pracovnej tekutiny zariadenia v zmesi vzduch-palivo. Ako zmes horí, vytvára tlak na pohyblivé časti motora.

Dosahuje sa zvýšenie teploty pracovných plynov, čím sa výrazne menia vlastnosti paliva. Žiaľ, nedá sa to robiť donekonečna. Akýkoľvek materiál, z ktorého je vyrobená spaľovacia komora motora, má svoj vlastný bod topenia. Tepelná odolnosť takýchto materiálov je hlavnou charakteristikou motora, ako aj schopnosť výrazne ovplyvniť účinnosť.

Hodnoty účinnosti motora

Ak vezmeme do úvahy teplotu pracovnej pary, na ktorej vstupe je 800 K, a výfukových plynov - 300 K, potom je účinnosť tohto stroja 62%. V skutočnosti táto hodnota nepresahuje 40 %. K tomuto poklesu dochádza v dôsledku tepelných strát pri ohreve skrine turbíny.

Najvyššia hodnota vnútorného spaľovania nepresahuje 44 %. Zvýšenie tejto hodnoty je otázkou blízkej budúcnosti. Zmena vlastností materiálov a paliva je problém, na ktorom pracujú najlepšie mysle ľudstva.

Faktor účinnosti (efficiency) je pojem, ktorý možno aplikovať snáď na každý systém a zariadenie. Aj človek má faktor efektivity, hoci objektívny vzorec na jeho nájdenie zatiaľ asi neexistuje. V tomto článku podrobne vysvetlíme, čo je účinnosť a ako ju možno vypočítať pre rôzne systémy.

Definícia účinnosti

Účinnosť je ukazovateľ, ktorý charakterizuje účinnosť systému z hľadiska výdaja energie alebo konverzie. Účinnosť je nemerateľná veličina a vyjadruje sa buď ako číselná hodnota v rozsahu od 0 do 1, alebo ako percento.

Všeobecný vzorec

Účinnosť je označená symbolom Ƞ.

Všeobecný matematický vzorec na zistenie efektívnosti je napísaný takto:

Ƞ=A/Q, kde A je užitočná energia/práca vykonaná systémom a Q je energia spotrebovaná týmto systémom na organizáciu procesu získavania užitočného výstupu.

Faktor účinnosti je, žiaľ, vždy menší alebo rovný jednote, keďže podľa zákona zachovania energie nemôžeme získať viac práce, ako je vynaložená energia. Okrem toho sa účinnosť v skutočnosti veľmi zriedka rovná jednote, pretože užitočná práca je vždy sprevádzaná stratami, napríklad pri zahrievaní mechanizmu.

Účinnosť tepelného motora

Tepelný motor je zariadenie, ktoré premieňa tepelnú energiu na mechanickú energiu. V tepelnom motore je práca určená rozdielom medzi množstvom tepla prijatého z ohrievača a množstvom tepla odovzdaného chladiču, a preto je účinnosť určená vzorcom:

• Ƞ=Qн-Qх/Qн, kde Qн je množstvo tepla prijatého z ohrievača a Qх je množstvo tepla odovzdaného chladiču.

Predpokladá sa, že najvyššiu účinnosť poskytujú motory pracujúce v Carnotovom cykle. V tomto prípade je účinnosť určená vzorcom:

• Ƞ=T1-T2/T1, kde T1 je teplota horúceho prameňa, T2 je teplota studeného prameňa.

Účinnosť elektromotora

Elektromotor je zariadenie, ktoré premieňa elektrickú energiu na mechanickú energiu, takže účinnosť je v tomto prípade pomer účinnosti zariadenia pri premene elektrickej energie na mechanickú energiu. Vzorec na zistenie účinnosti elektromotora vyzerá takto:

• Ƞ=P2/P1, kde P1 je dodávaná elektrická energia, P2 je užitočná mechanická energia generovaná motorom.

Elektrický výkon sa nachádza ako súčin prúdu a napätia systému (P=UI) a mechanický výkon ako pomer práce za jednotku času (P=A/t)

Účinnosť transformátora

Transformátor je zariadenie, ktoré premieňa striedavý prúd jedného napätia na striedavý prúd iného napätia pri zachovaní frekvencie. Okrem toho môžu transformátory premieňať aj striedavý prúd na jednosmerný prúd.

Účinnosť transformátora sa zistí podľa vzorca:

• Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), kde P0 je strata naprázdno, PL je strata záťaže, P2 je aktívny výkon dodávaný do záťaže, n je relatívny stupeň záťaže.

Efektívnosť či neefektívnosť?

Stojí za zmienku, že okrem účinnosti existuje množstvo ukazovateľov, ktoré charakterizujú účinnosť energetických procesov a niekedy sa môžeme stretnúť s popismi ako - účinnosť rádovo 130%, v tomto prípade však musíme pochopiť, že tento výraz sa nepoužíva úplne správne a autor alebo výrobca s najväčšou pravdepodobnosťou chápe túto skratku ako trochu inú charakteristiku.

Napríklad tepelné čerpadlá sa vyznačujú tým, že dokážu uvoľniť viac tepla ako spotrebujú. Chladiaci stroj teda môže odobrať z chladeného predmetu viac tepla, než koľko energie bolo vynaložené na organizáciu odstránenia. Ukazovateľ účinnosti chladiaceho stroja sa nazýva koeficient chladenia, označuje sa písmenom Ɛ a určuje sa podľa vzorca: Ɛ=Qx/A, kde Qx je teplo odvedené zo studeného konca, A je práca vynaložená na proces odvádzania. . Niekedy sa však koeficient chladenia nazýva aj účinnosť chladiaceho stroja.

Zaujímavé je aj to, že účinnosť kotlov na organické palivo sa zvyčajne počíta na základe nižšej výhrevnosti a tá môže byť aj väčšia ako jednota. Stále sa však tradične nazýva efektívnosť. Účinnosť kotla je možné určiť podľa vyššej výhrevnosti a potom bude vždy menšia ako jednota, ale v tomto prípade bude nepohodlné porovnávať výkon kotlov s údajmi z iných inštalácií.

Prevádzka mnohých typov strojov sa vyznačuje takým dôležitým ukazovateľom, akým je účinnosť tepelného motora. Každý rok sa inžinieri snažia vytvoriť pokročilejšie vybavenie, ktoré by pri nižšej spotrebe paliva prinieslo maximálny výsledok z jeho používania.

Zariadenie tepelného motora

Predtým, ako pochopíme, čo je účinnosť, je potrebné pochopiť, ako tento mechanizmus funguje. Bez znalosti princípov jeho pôsobenia nie je možné zistiť podstatu tohto ukazovateľa. Tepelný stroj je zariadenie, ktoré vykonáva prácu pomocou vnútornej energie. Každý tepelný stroj, ktorý premieňa tepelnú energiu na mechanickú energiu, využíva tepelnú rozťažnosť látok pri zvyšovaní teploty. V polovodičových motoroch je možné meniť nielen objem látky, ale aj tvar tela. Činnosť takéhoto motora podlieha zákonom termodynamiky.

Princíp fungovania

Aby sme pochopili, ako funguje tepelný motor, je potrebné zvážiť základy jeho konštrukcie. Na prevádzku zariadenia sú potrebné dve telesá: horúce (ohrievač) a studené (chladnička, chladič). Princíp činnosti tepelných motorov (účinnosť tepelného motora) závisí od ich typu. Chladnička je často parný kondenzátor a ohrievač je akýkoľvek druh paliva, ktoré horí v ohnisku. Účinnosť ideálneho tepelného motora sa zistí podľa nasledujúceho vzorca:

Efektivita = (Theat - Cool) / Theat. x 100 %.

V tomto prípade účinnosť skutočného motora nikdy nemôže prekročiť hodnotu získanú podľa tohto vzorca. Toto číslo tiež nikdy nepresiahne vyššie uvedenú hodnotu. Na zvýšenie účinnosti sa najčastejšie zvýši teplota ohrievača a zníži sa teplota chladničky. Oba tieto procesy budú obmedzené skutočnými prevádzkovými podmienkami zariadenia.

Keď pracuje tepelný motor, práca sa vykonáva, pretože plyn začína strácať energiu a ochladzuje sa na určitú teplotu. Tá je zvyčajne o niekoľko stupňov vyššia ako okolitá atmosféra. Toto je teplota chladničky. Toto špeciálne zariadenie je určené na chladenie a následnú kondenzáciu výfukových pár. Ak sú prítomné kondenzátory, teplota chladničky je niekedy nižšia ako teplota okolia.

V tepelnom motore, keď sa teleso zahrieva a expanduje, nie je schopné vydať všetku svoju vnútornú energiu na prácu. Časť tepla sa prenesie do chladničky spolu s výfukovými plynmi alebo parou. Táto časť tepelnej vnútornej energie sa nevyhnutne stráca. Počas spaľovania paliva dostáva pracovná kvapalina určité množstvo tepla Q 1 z ohrievača. Zároveň stále vykonáva prácu A, pri ktorej odovzdá časť tepelnej energie chladničke: Q 2

Účinnosť charakterizuje účinnosť motora v oblasti premeny energie a prenosu. Tento ukazovateľ sa často meria v percentách. Vzorec účinnosti:

η*A/Qx100 %, kde Q je vynaložená energia, A je užitočná práca.

Na základe zákona zachovania energie môžeme konštatovať, že účinnosť bude vždy menšia ako jednota. Inými slovami, nikdy nebude užitočnejšia práca, ako je energia na ňu vynaložená.

Účinnosť motora je pomer užitočnej práce k energii dodávanej ohrievačom. Môže byť vyjadrený vo forme nasledujúceho vzorca:

η = (Q 1 -Q 2)/ Q 1, kde Q 1 je teplo prijaté z ohrievača a Q 2 je odovzdané chladničke.

Prevádzka tepelného motora

Práca vykonaná tepelným motorom sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

A = |Q H | - |Q X |, kde A je práca, Q H je množstvo tepla prijatého z ohrievača, Q X je množstvo tepla odovzdaného chladiču.

|Q H | - |Q X |)/|Q H | = 1 - |Q X |/|Q H |

Rovná sa pomeru práce vykonanej motorom k množstvu prijatého tepla. Pri tomto prenose sa stráca časť tepelnej energie.

Carnotov motor

Maximálna účinnosť tepelného motora sa pozoruje v zariadení Carnot. Je to spôsobené tým, že v tomto systéme závisí iba od absolútnej teploty ohrievača (Tn) a chladiča (Tx). Účinnosť tepelného motora pracujúceho podľa Carnotovho cyklu je určená nasledujúcim vzorcom:

(Tn - Tx)/ Tn = - Tx - Tn.

Zákony termodynamiky umožnili vypočítať maximálnu účinnosť, ktorá je možná. Tento ukazovateľ prvýkrát vypočítal francúzsky vedec a inžinier Sadi Carnot. Vynašiel tepelný motor, ktorý fungoval na ideálny plyn. Pracuje v cykle 2 izoterm a 2 adiabatov. Princíp jeho činnosti je pomerne jednoduchý: ohrievač je pripojený k nádobe s plynom, v dôsledku čoho sa pracovná tekutina izotermicky rozširuje. Zároveň funguje a prijíma určité množstvo tepla. Potom je nádoba tepelne izolovaná. Napriek tomu plyn pokračuje v expanzii, ale adiabaticky (bez výmeny tepla s okolím). V tomto čase jeho teplota klesne na teplotu chladničky. V tomto momente sa plyn dostane do kontaktu s chladničkou, v dôsledku čoho pri izometrickej kompresii vydáva určité množstvo tepla. Potom sa nádoba opäť tepelne izoluje. V tomto prípade je plyn adiabaticky stlačený do pôvodného objemu a stavu.

Odrody

V súčasnosti existuje mnoho typov tepelných motorov, ktoré pracujú na rôznych princípoch a na rôzne palivá. Všetky majú svoju vlastnú efektivitu. Patria sem nasledujúce položky:

Spaľovací motor (piest), čo je mechanizmus, kde sa časť chemickej energie horiaceho paliva premieňa na mechanickú energiu. Takéto zariadenia môžu byť plynné a kvapalné. Existujú 2-taktné a 4-taktné motory. Môžu mať nepretržitý pracovný cyklus. Podľa spôsobu prípravy palivovej zmesi sú tieto motory karburátorové (s vonkajšou tvorbou zmesi) a dieselové (s vnútorným). Podľa typu meniča energie sa delia na piestové, prúdové, turbínové a kombinované. Účinnosť takýchto strojov nepresahuje 0,5.

Stirlingov motor je zariadenie, v ktorom je pracovná tekutina umiestnená v obmedzenom priestore. Ide o typ motora s vonkajším spaľovaním. Princíp jeho fungovania je založený na periodickom ochladzovaní/ohrievaní tela s produkciou energie v dôsledku zmien jeho objemu. Toto je jeden z najefektívnejších motorov.

Turbínový (rotačný) motor s vonkajším spaľovaním paliva. Takéto zariadenia sa najčastejšie nachádzajú v tepelných elektrárňach.

Turbínové (rotačné) spaľovacie motory sa používajú v tepelných elektrárňach v špičkovom režime. Nie také rozšírené ako iné.

Turbínový motor generuje časť svojho ťahu cez svoju vrtuľu. Zvyšok získava z výfukových plynov. Jeho konštrukcia je rotačný motor (plynová turbína), na ktorého hriadeli je namontovaná vrtuľa.

Iné typy tepelných motorov

Raketové, prúdové a prúdové motory, ktoré získavajú ťah z výfukových plynov.

Motory v pevnej fáze využívajú ako palivo pevnú látku. Počas prevádzky sa nemení jeho objem, ale tvar. Pri prevádzke zariadenia sa využíva extrémne malý teplotný rozdiel.

Ako môžete zvýšiť efektivitu

Je možné zvýšiť účinnosť tepelného motora? Odpoveď treba hľadať v termodynamike. Študuje vzájomné premeny rôznych druhov energie. Zistilo sa, že nie je možné premeniť všetku dostupnú tepelnú energiu na elektrickú, mechanickú atď. Ich premena na tepelnú energiu však prebieha bez akýchkoľvek obmedzení. Je to možné vďaka tomu, že povaha tepelnej energie je založená na neusporiadanom (chaotickom) pohybe častíc.

Čím viac sa telo zahrieva, tým rýchlejšie sa budú pohybovať jeho jednotlivé molekuly. Pohyb častíc bude ešte nevyrovnanejší. Spolu s tým každý vie, že poriadok sa dá ľahko zmeniť na chaos, ktorý je veľmi ťažké nariadiť.

Hlavným významom vzorca (5.12.2) získaného Carnotom pre účinnosť ideálneho stroja je, že určuje maximálnu možnú účinnosť akéhokoľvek tepelného motora.

Carnot dokázal na základe druhého termodynamického zákona* nasledujúcu vetu: akýkoľvek skutočný tepelný motor pracujúci s teplotným ohrievačomT 1 a teplotu chladničkyT 2 , nemôže mať účinnosť, ktorá presahuje účinnosť ideálneho tepelného motora.

* Carnot v skutočnosti stanovil druhý termodynamický zákon pred Clausiusom a Kelvinom, keď prvý termodynamický zákon ešte nebol striktne formulovaný.

Uvažujme najprv tepelný motor pracujúci v reverzibilnom cykle so skutočným plynom. Cyklus môže byť akýkoľvek, dôležité je len to, aby boli teploty ohrievača a chladničky T 1 A T 2 .

Predpokladajme, že účinnosť iného tepelného motora (nepracujúceho podľa Carnotovho cyklu) η ’ > η . Stroje pracujú so spoločným ohrievačom a spoločnou chladničkou. Nechajte Carnotov stroj pracovať v spätnom cykle (ako chladiaci stroj) a nechajte druhý stroj pracovať v doprednom cykle (obr. 5.18). Tepelný motor vykoná podľa vzorcov (5.12.3) a (5.12.5) rovnakú prácu:

Chladiaci stroj môže byť vždy navrhnutý tak, aby odoberal množstvo tepla z chladničky Q 2 = ||

Potom sa na ňom podľa vzorca (5.12.7) bude pracovať

(5.12.12)

Pretože podľa podmienky η" > η , To A" > A. Tepelný motor teda môže poháňať chladiaci stroj a aj tak zostane prebytok práce. Táto prebytočná práca sa vykonáva teplom odoberaným z jedného zdroja. Koniec koncov, teplo sa neprenáša do chladničky, keď pracujú dva stroje naraz. To je však v rozpore s druhým zákonom termodynamiky.

Ak predpokladáme, že η > η ", potom môžete nechať iný stroj pracovať v spätnom cykle a Carnotov stroj v doprednom cykle. Opäť sa dostaneme do rozporu s druhým termodynamickým zákonom. V dôsledku toho majú dva stroje pracujúce v reverzibilných cykloch rovnakú účinnosť: η " = η .

Iná vec je, ak druhý stroj pracuje v nezvratnom cykle. Ak predpokladáme η " > η , potom sa opäť dostaneme do rozporu s druhým termodynamickým zákonom. Avšak predpoklad t|"< г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η" ≤ η, alebo

Toto je hlavný výsledok:

(5.12.13)

Účinnosť skutočných tepelných motorov

Vzorec (5.12.13) udáva teoretickú hranicu pre maximálnu hodnotu účinnosti tepelných motorov. Ukazuje, že čím vyššia je teplota ohrievača a čím nižšia je teplota chladničky, tým efektívnejší je tepelný motor. Iba pri teplote chladničky rovnej absolútnej nule je η = 1.

Teplota chladničky však prakticky nemôže byť oveľa nižšia ako teplota okolia. Môžete zvýšiť teplotu ohrievača. Akýkoľvek materiál (pevné teleso) má však obmedzenú tepelnú odolnosť, čiže tepelnú odolnosť. Pri zahrievaní postupne stráca elastické vlastnosti a pri dostatočne vysokej teplote sa topí.

Teraz je hlavné úsilie inžinierov zamerané na zvýšenie účinnosti motorov znížením trenia ich častí, strát paliva v dôsledku nedokonalého spaľovania atď. Skutočné možnosti na zvýšenie účinnosti tu stále zostávajú veľké. Pre parnú turbínu sú teda počiatočné a konečné teploty pary približne nasledovné: T 1 = 800 K a T 2 = 300 K. Pri týchto teplotách je maximálna hodnota účinnosti:

Skutočná hodnota účinnosti v dôsledku rôznych druhov energetických strát je približne 40 %. Maximálnu účinnosť - asi 44% - dosahujú spaľovacie motory.

Účinnosť akéhokoľvek tepelného motora nemôže prekročiť maximálnu možnú hodnotu
, kde T 1 - absolútna teplota ohrievača a T 2 - absolútna teplota chladničky.

Zvýšenie účinnosti tepelných motorov a jej priblíženie k maximálnemu možnému- najdôležitejšia technická výzva.

Snímka 1

Snímka 2

Snímka 3

Snímka 4

Snímka 5

Snímka 6

Snímka 7

Snímka 8

Snímka 9