Коэффициент полезного действия тепловых двигателей. Тепловые явления

1.

Коэффициент
полезного
действия
тепловых
двигателей
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

2.

Сегодня мы:
узнаем, что такое коэффициент полезного
1
действия тепловой машины;
научимся рассчитывать коэффициент
2
полезного действия тепловых машин.

3.

Тепловые машины
Паровая турбина — тепловой
двигатель, в котором энергия пара
преобразуется в механическую
работу.
Двигатель внутреннего сгорания —
двигатель, в котором топливо
сгорает непосредственно в рабочей
камере.

4.

 
Работа,
совершённа
я
двигателем:
= − .
1
Нагреватель
2
Q1
Асопр
Рабочее
тело
Q2
Сади Карно
1796–1832
Холодильник
А

5.

Коэффициент полезного действия
 
Коэффициент полезного действия (КПД)
—
 
это отношение полезной работы,
совершённой двигателем, к энергии,
полученной от нагревателя.
 
Сади Карно
1796–1832
п= 1 − 2
п
=
∙ 100
1
<100

6.

η ≈ 1%
Первый паровой автомобиль
Н. Кюньо
1725–1804

7.

η ≈ 20–40%
Ф. Порше
1875–1951

8.

Коэффициент полезного действия
 
Коэффициент полезного действия (КПД)
—
 
это отношение полезной работы,
совершённой двигателем, к энергии,
полученной от нагревателя.
 
Сади Карно
1796–1832
п= 1 − 2
п
=
∙ 100
1
<100

9.

 
 
=?
=45
Задача 1. Определите
полезную
работу
теплового
двигателя,
КПД которого
равен 45%,
п
 
1=800 кДж800 кДж теплоты.
если он получает от нагревателя
 
ДАНО
 
=45
 
 
 
СИ
РЕШЕНИ
0, 4  5
Е
Коэффициент полезного действия:
1=800 кДж 8 ∙ 10 Дж
п
п=?
=
.
5
1
 
 
Полезная работа двигателя:
п= 1 .
5
5
п=0,45 ∙8 ∙ 10 Дж=3,6 ∙10 Дж .
ОТВЕТ: Ап = 360
кДж.

10.

 
 
 
=350
г350
=1нач1
Задача 2.  В топке котла паровой турбины расходуется
г дизельного
топлива
п =1 кВт
=? КПД турбины.
кВт ∙ ч энергии.
Вычислите
 
 
ДАНО
 
 
  =350 г  
  =1 ч
 
п =1 кВт
Дж
=4,2 ∙ 10
кг
СИ
РЕШЕНИ
0,35 кг
3600 с
п
Киловатт-час
равен
количеству
Е
Вещество  энергии,
= производимой
∙ 100 . q, Дж/кг
Коэффициент
полезного
устройством мощностью один киловатт в
течение
одного часа.
1
 
действия:
 
Антрацит
3,0 ∙ 107
3
10 Вт
7
=?
 
 
Количество теплоты, полученное от
Бензин
 
нагревателя:
п
п =  ⟹ п= п .
Полезная
Бурый уголь
 
мощность:
 
Водород
п
Следовательно, =
∙ 100 .
Дизельное топливо
1= .
4,6 ∙ 107
0,9 ∙ 107
12 ∙ 107
7 7Дж
4,2 ∙ 10
=4,2 ∙ 10
кг
6 Дж
7
Дрова
сухие
1,0
∙
10
3,6 ∙10
∙с
10 Вт ∙ 3600 с
с
=
∙100¿
∙ 100≈ 24,57 .
Дж
6
7
Каменный
уголь
2,7 ∙ 10
14,7 ∙ 10 Дж
4,2∙ 10
∙ 0,35 кг
3
кг
ОТВЕТ: η = 24,5%.
Природный газ
4,4 ∙ 107

11.

 
=1 за
ч 1 ч. При этом двигатель
Задача 3.  Мотоциклист  преодолел
путь
между городами
 
п =110
кВт 110
  мощность
кг
=35
=?
развивал среднюю
кВт при КПД
в  35%.
Сколько литров топлива
МДж было
=4 7 теплота
= 710бензина
израсходовано, если плотность
равна 710 кг/м3, а его удельная
3
кг
м
сгорания 47 МДж/кг?
 
 
 
 
 
РЕШЕНИ
СИ
  ДАНО
 
п п
п
Е
3600  с   Коэффициент полезного
= ¿
⟹ =
.
  =1 ч  
1
  п =110 кВт 1,1∙ 105 Вт действия:
 
  =35  
  = 710
кг
3
м
МДж
=4 7
кг
=?
0,35
 
Количество теплоты, выделившееся при сгорании
 
бензина:
=
¿   .
1
 
Масса бензина: =
7 Дж Мощность
4 ,7 ∙ 10
кг двигателя:
.
 
п=
п
⟹ п= п .
Дж
∙с
1,1 ∙10 Вт ∙ 3600 с
с
−3 3
=
¿
≈ 34 ∙ 10 м .
кг
7 Дж
4 ,7 ∙ 10
∙ 710 3 ∙ 0,35 1167,95 ∙10 7 Дж
3
кг
м
м
5
ОТВЕТ: V = 34 л.
3,96 ∙10
8

12.

 
Работа,
совершённа
я
двигателем:
= − .
1
Нагреватель
2
Q1
Рабочее
тело
Q2
Сади Карно
1796–1832
Холодильник
А

13.

Нагреватель
Q2
Рабочее
тело
Q1
К. Линде
1842–1934
Холодильник
Авн

14.

Коэффициент полезного действия
Холодильные машины и установки
предназначены для искусственного
снижения и поддержания пониженной
температуры ниже температуры
окружающей среды.
К. Линде
1842–1934
Первый холодильник
Linde

15.

Коэффициент полезного действия
Холодильные машины и установки
предназначены для искусственного
снижения и поддержания пониженной
температуры ниже температуры
окружающей среды.
К. Линде
1842–1934
Современный
холодильник

16.

Главные выводы