КПД теплового двигателя

КПД

• § 24. КПД теплового двигателя
• Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть энергии, которая выделяется топливом. Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве.
• Тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника . Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты.

• Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу за счёт своей внутренней энергии. Часть энергии передаётся атмосфере — холодильнику — вместе с отработанным паром или выхлопными газами.
• Очень важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу .
• Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие коэффициента полезного действия двигателя — КПД .

• Отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя. Коэффициент полезного действия обозначают η (греч. буква «эта»).
• КПД теплового двигателя определяют по формуле
• где А п — полезная работа, Q 1 — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q 2 — количество теплоты, отданное холодильнику, Q 1 - Q 2 — количество теплоты, которое пошло на совершение работы. КПД выражается в процентах.

• Например, двигатель из всей энергии, выделившейся при сгорании топлива, расходует на совершение полезной работы только одну четвёртую часть. Тогда коэффициент полезного действия двигателя равен ¼, или 25% .
• КПД двигателя обычно выражают в процентах. Он всегда меньше единицы, т. е. меньше 100% . Например, КПД двигателей внутреннего сгорания 20—40%, паровых турбин — немногим выше 30%.

• Вопросы
• Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?
• Что называют КПД теплового двигателя?
• Почему КПД двигателя не может быть не только больше 100%, но и равен 100%?
• Какой такт работы двигателя внутреннего сгорания изображён на рисунке 29?

• Упражнение 17
• Можно ли за счёт внутренней энергии тела, равной 200 Дж, совершить механическую работу в 200 Дж?
• Тепловая машина за цикл получает от нагревателя количество теплоты, равное 155 Дж, а холодильнику отдаёт количество теплоты, равное 85 Дж. Определите КПД машины.
• Определите количество теплоты, отданное двигателем внутреннего сгорания холодильнику, если его КПД равен 30%, а полезная работа равна 450 Дж.

• Задание
• Подготовьте доклад на одну из тем (по выбору). История изобретения паровых машин.
• История изобретения турбин.
• Первые паровозы Стефенсона и Черепановых.
• Достижения науки и техники в строительстве паровых турбин.
• Использование энергии Солнца на Земле.

Название величины

Обозначение

Масса топлива

m

Удельная теплота сгорания топлива

Единица измерения

q

Полезная работа

кг

Формула

А п

Дж/кг

Затраченная энергия

Дж

Q

КПД

А п = ɳ Q

ɳ

Дж

Q = qm

%

• Задача № 1.   Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 110,4 МДж потребовалось 8 кг бензина.

• Задача № 1.   Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 110,4 МДж потребовалось 8 кг бензина.

• Задача № 2.   Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 220,8 МДж потребовалось 16 кг бензина.

• Задача № 2.   Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 220,8 МДж потребовалось 16 кг бензина.

• Задача № 3.   Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 27,6 МДж потребовалось 2 кг бензина.
• Задача № 4.   Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 1 ч он расходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • 10 6 Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

• Задача 3

• Задача 4