احتمالا همه در مورد کارایی (ضریب کارایی) موتور تعجب کرده اند احتراق داخلی. از این گذشته، هر چه این شاخص بالاتر باشد، کارآمدتر است. واحد قدرت. کارآمدترین برای این لحظهزمان به عنوان یک نوع الکتریکی در نظر گرفته می شود، راندمان آن می تواند به 90 - 95٪ برسد، اما برای موتورهای احتراق داخلی، چه دیزلی یا بنزینی، به بیان ملایم، از ایده آل فاصله زیادی دارد ...
صادقانه بگویم، پس گزینه های مدرنموتورها نسبت به همتایان خود که 10 سال پیش عرضه شدند بسیار کارآمدتر هستند و دلایل زیادی برای این امر وجود دارد. قبل از گزینه 1.6 لیتری خود فکر کنید ، فقط 60 - 70 اسب بخار تولید می کرد. و اکنون این مقدار می تواند به 130 - 150 اسب بخار برسد. این یک کار پر زحمت برای افزایش کارایی است که در آن هر "گام" با آزمون و خطا ارائه می شود. با این حال، اجازه دهید با یک تعریف شروع کنیم.
مقدار نسبت دو کمیت، توانی است که به آن عرضه می شود میل لنگموتور به توان دریافتی توسط پیستون، به دلیل فشار گازهایی که از احتراق سوخت تشکیل می شود.
به زبان ساده، این تبدیل انرژی حرارتی یا حرارتی است که در حین احتراق ظاهر می شود مخلوط سوخت(هوا و بنزین) تا مکانیکی. لازم به ذکر است که قبلاً این اتفاق افتاده است ، به عنوان مثال در مورد بخار نیروگاه ها- همچنین سوخت تحت تاثیر دما پیستون واحدها را هل داد. با این حال ، تأسیسات آنجا چندین برابر بزرگتر بود و خود سوخت جامد بود (معمولاً زغال سنگ یا هیزم) که حمل و نقل و راه اندازی آن را دشوار می کرد ، دائماً لازم بود که آن را با بیل به داخل کوره "تغذیه" کنید. موتورهای احتراق داخلی بسیار فشرده تر و سبک تر از موتورهای بخار هستند و ذخیره و حمل و نقل سوخت بسیار آسان تر است.
بیشتر در مورد ضرر و زیان
با نگاهی به آینده، می توان با اطمینان گفت که راندمان یک موتور بنزینی در محدوده 20 تا 25٪ است. و دلایل زیادی برای این وجود دارد. اگر سوخت ورودی را بگیریم و دوباره آن را به صورت درصد محاسبه کنیم، به نوعی "100٪ انرژی" را دریافت می کنیم که به موتور منتقل می شود و سپس تلفات افزایش می یابد:
1)راندمان سوخت . همه سوخت نمی سوزد، بخش کوچکی از آن با گازهای خروجی از اگزوز خارج می شود، در این سطح ما در حال حاضر تا 25٪ از راندمان را از دست می دهیم. البته الان سیستم های سوخت رسانیبهبود یافته، یک انژکتور ظاهر شد، اما از ایده آل فاصله زیادی دارد.
2) دوم تلفات حرارتی است.و . موتور خود و بسیاری از عناصر دیگر مانند رادیاتورها، بدنه آن، مایعی که در آن در گردش است گرم می کند. همچنین بخشی از گرما از دست می رود گازهای خروجی. برای همه اینها، تا 35٪ از دست دادن کارایی.
3) سومین تلفات مکانیکی است . روی انواع پیستون ها، میله های اتصال، حلقه ها - همه مکان هایی که اصطکاک وجود دارد. این شامل تلفات ناشی از بار ژنراتور می شود، به عنوان مثال، هرچه ژنراتور برق بیشتری تولید کند، چرخش میل لنگ را کاهش می دهد. البته، روان کننده ها نیز پیش قدم شده اند، اما باز هم، هیچ کس هنوز به طور کامل اصطکاک را شکست نداده است - 20٪ ضرر دیگر
بنابراین، در باقیمانده خشک، راندمان حدود 20٪ است! البته گزینه های برجسته ای از گزینه های بنزینی وجود دارد که این رقم در آنها به 25٪ افزایش یافته است، اما تعداد آنها زیاد نیست.
یعنی اگر ماشین شما در هر 100 کیلومتر 10 لیتر بنزین مصرف کند، فقط 2 لیتر از آنها مستقیماً سر کار می رود و مابقی ضرر است!
البته می توانید قدرت را افزایش دهید مثلا با خسته کردن سر در حال تماشای یک ویدیوی کوتاه هستیم.
اگر فرمول را به خاطر بسپارید، دریافت می کنید:
کدام موتور بالاترین راندمان را دارد؟
اکنون می خواهم در مورد گزینه های بنزین و دیزل صحبت کنم و بفهمم کدام یک کارآمدتر است.
به بیان ساده، زبان و نه صعود به طبیعت اصطلاحات فنیسپس - اگر دو راندمان را با هم مقایسه کنیم - البته کارآمدترین آنها گازوئیل است و دلیل آن این است:
1) موتور گازسوزتنها 25 درصد انرژی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند، اما گازوئیل حدود 40 درصد را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند.
2) در صورت مجهز بودن نوع دیزلیبا توربوشارژ می توان به بازده 50-53 درصد دست یافت و این بسیار قابل توجه است.
پس چرا اینقدر موثر است؟ ساده است - با وجود نوع کار مشابه (هر دو واحد احتراق داخلی هستند)، یک موتور دیزل کار خود را بسیار کارآمدتر انجام می دهد. تراکم بیشتری دارد و سوخت از اصل دیگری مشتعل می شود. کمتر گرم می شود، یعنی در سرمایش صرفه جویی می کند، دریچه های کمتری دارد (صرفه جویی در اصطکاک)، و همچنین کویل های جرقه زن و شمع های معمولی را ندارد، یعنی نیازی به هزینه اضافی انرژی از ژنراتور ندارد. . در سرعت های پایین تر کار می کند، نیازی نیست میل لنگ را با عصبانیت بچرخانید - این همه کار را انجام می دهد نوع دیزلیقهرمان بهره وری
درباره راندمان سوخت دیزل
از بیشتر ارزش بالاضریب اقدام مفید– به دنبال آن بهره وری سوخت. بنابراین، برای مثال، یک موتور 1.6 لیتری می تواند تنها 3-5 لیتر در شهر مصرف کند، برخلاف نوع بنزینی، که مصرف آن 7 - 12 لیتر است. یک موتور دیزل چیزهای زیادی دارد، خود موتور اغلب فشرده تر و سبک تر است و اخیراً سازگارتر با محیط زیست است. همه این لحظات مثبت به دلیل ارزش بیشتر به دست می آیند، رابطه مستقیمی بین کارایی و فشرده سازی وجود دارد، یک صفحه کوچک را ببینید.
با این حال، با وجود تمام مزایا، معایب زیادی نیز دارد.
همانطور که مشخص شد، راندمان یک موتور احتراق داخلی بسیار ایده آل نیست، بنابراین آینده به وضوح با گزینه های الکتریکی است - فقط باید پیدا کرد باتری های کارآمدکه از یخبندان نمی ترسند و شارژ را برای مدت طولانی نگه می دارند.
« فیزیک - کلاس 10 "
یک سیستم ترمودینامیکی چیست و چه پارامترهایی وضعیت آن را مشخص می کند.
قانون اول و دوم ترمودینامیک را بیان کنید.
ایجاد نظریه موتورهای حرارتی بود که منجر به تدوین قانون دوم ترمودینامیک شد.
ذخایر انرژی داخلی در پوسته زمین و اقیانوس ها را می توان عملا نامحدود در نظر گرفت. اما برای حل مشکلات عملی، داشتن ذخایر انرژی هنوز کافی نیست. همچنین لازم است بتوان از انرژی برای به حرکت درآوردن ماشین ها در کارخانه ها و کارخانه ها، وسایل نقلیه، تراکتورها و سایر ماشین ها، برای چرخاندن روتور ژنراتورها استفاده کرد. جریان الکتریسیتهو غیره. بشر به موتورها نیاز دارد - وسایلی که قادر به انجام کار باشند. بیشتر موتورهای روی زمین هستند موتورهای حرارتی.
موتورهای حرارتیوسایلی هستند که انرژی داخلی سوخت را به کارهای مکانیکی.
اصل عملکرد موتورهای حرارتی.
برای اینکه موتور کار کند، اختلاف فشار در دو طرف پیستون موتور یا پره های توربین لازم است. در تمامی موتورهای حرارتی این اختلاف فشار با افزایش دما حاصل می شود بدنه کار(گاز) صدها یا هزاران درجه بالاتر از دما محیط. این افزایش دما در هنگام احتراق سوخت اتفاق می افتد.
یکی از قطعات اصلی موتور یک مخزن پر از گاز با پیستون متحرک است. سیال کار در همه موتورهای حرارتی گازی است که در حین انبساط کار می کند. اجازه دهید دمای اولیه سیال کار (گاز) را از طریق T 1 نشان دهیم. این دما در توربین های بخاریا ماشین ها بخار را در دیگ بخار بدست می آورند. در موتورهای احتراق داخلی و توربین های گازیافزایش دما زمانی اتفاق می افتد که سوخت در داخل خود موتور سوخته شود. دمای T 1 نامیده می شود دمای بخاری.
نقش یخچال
همانطور که کار انجام می شود، گاز انرژی خود را از دست می دهد و به ناچار تا دمای مشخصی T 2 خنک می شود که معمولاً تا حدودی بالاتر از دمای محیط است. به او زنگ می زنند دمای یخچال. یخچال اتمسفر یا دستگاه های خاصبرای خنک کردن و متراکم کردن بخار خروجی - خازن ها. در حالت دوم، دمای یخچال ممکن است کمی کمتر از دمای محیط باشد.
بنابراین، در موتور بدنه کارهنگام انبساط، نمی تواند تمام انرژی درونی خود را برای انجام کار بدهد. بخشی از گرما به طور اجتناب ناپذیری همراه با بخار اگزوز یا گازهای خروجی از موتورهای احتراق داخلی و توربین های گاز به کولر (اتمسفر) منتقل می شود.
این بخش از انرژی داخلی سوخت از بین می رود. یک موتور حرارتی به دلیل انرژی داخلی سیال کار انجام می دهد. علاوه بر این، در این فرآیند، گرما از اجسام گرمتر (هیتر) به بدنهای سردتر (یخچال) منتقل می شود. مدار موتور گرماییدر شکل 13.13 نشان داده شده است.
سیال کار موتور در هنگام احتراق سوخت مقدار گرمای Q 1 را از بخاری دریافت می کند و کار A را انجام می دهد و مقدار گرما را به یخچال منتقل می کند. Q2< Q 1 .
برای اینکه موتور به طور مداوم کار کند، باید سیال کار را به حالت اولیه خود برگرداند که در آن دمای سیال کار برابر با T 1 است. از این نتیجه می شود که عملکرد موتور مطابق با تکرار دوره ای فرآیندهای بسته یا همانطور که می گویند طبق یک چرخه اتفاق می افتد.
چرخهمجموعه ای از فرآیندها است که در نتیجه سیستم به حالت اولیه خود باز می گردد.
ضریب عملکرد (COP) یک موتور حرارتی.
عدم امکان تبدیل کامل انرژی داخلی گاز به کار موتورهای حرارتی به دلیل برگشت ناپذیری فرآیندها در طبیعت است. اگر گرما بتواند به طور خود به خود از یخچال به بخاری برگردد، آنگاه انرژی داخلی می تواند به طور کامل به بخاری تبدیل شود. کار مفیدبا هر موتور حرارتی قانون دوم ترمودینامیک را می توان به صورت زیر فرموله کرد:
قانون دوم ترمودینامیک:
غیر ممکن برای ایجاد دستگاه حرکت دائمیاز نوع دوم، که گرما را به طور کامل به کار مکانیکی تبدیل می کند.
طبق قانون پایستگی انرژی، کار موتور به صورت زیر است:
A" \u003d Q 1 - | Q 2 |, (13.15)
که در آن Q 1 - مقدار گرمای دریافتی از بخاری، و Q2 - مقدار گرمای داده شده به یخچال است.
ضریب عملکرد (COP) یک موتور حرارتی، نسبت کار A انجام شده توسط موتور به مقدار گرمای دریافتی از بخاری است:
از آنجایی که در همه موتورها مقداری گرما به یخچال منتقل می شود، η< 1.
حداکثر مقدار راندمان موتورهای حرارتی.
قوانین ترمودینامیک به ما اجازه می دهد حداکثر را محاسبه کنیم کارایی ممکنیک موتور حرارتی که با بخاری با دمای T 1 و یخچال با دمای T 2 کار می کند و همچنین راه های افزایش آن را تعیین می کند.
برای اولین بار، حداکثر ممکن راندمان حرارتیموتور توسط مهندس و دانشمند فرانسوی سادی کارنو (1796-1832) در کار خود "تأملاتی در مورد نیروی محرکه آتش و ماشین هایی که قادر به توسعه این نیرو هستند" (1824) محاسبه شد.
کارنو یک موتور حرارتی ایده آل با یک گاز ایده آل به عنوان سیال کار ارائه کرد. یک موتور حرارتی ایده آل کارنو در چرخه ای متشکل از دو ایزوترم و دو آدیابات کار می کند و این فرآیندها برگشت پذیر در نظر گرفته می شوند (شکل 13.14). ابتدا یک ظرف دارای گاز با بخاری در تماس است، گاز به صورت همدما منبسط می شود و باعث می شود کار مثبت، در دمای T 1 ، در حالی که او مقدار گرما Q 1 را دریافت می کند.
سپس مخزن از نظر حرارتی عایق می شود، گاز همچنان به طور آدیاباتیک گسترش می یابد، در حالی که دمای آن به دمای یخچال T 2 کاهش می یابد. پس از آن، گاز در تماس با یخچال قرار می گیرد، تحت فشرده سازی همدما، مقدار گرمای Q 2 را به یخچال می دهد و به حجم V 4 فشرده می شود.< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:
مطابق فرمول (13.17)، راندمان ماشینکارنو با این تفاوت نسبت مستقیم دارد دمای مطلقبخاری و یخچال.
معنی اصلی این فرمول این است که راه افزایش راندمان را نشان می دهد، برای این کار باید دمای بخاری را افزایش داد یا دمای یخچال را کاهش داد.
هر موتور حرارتی واقعی که با بخاری با دمای T 1 و یخچال با دمای T 2 کار می کند، نمی تواند بازدهی بیش از راندمان یک موتور حرارتی ایده آل داشته باشد: 
فرآیندهایی که چرخه یک موتور حرارتی واقعی را تشکیل می دهند، برگشت پذیر نیستند.
فرمول (13.17) یک حد نظری برای حداکثر مقدار راندمان موتورهای حرارتی می دهد. این نشان می دهد که یک موتور حرارتی کارآمدتر است، هر چه اختلاف دما بین بخاری و یخچال بیشتر باشد.
فقط در دمای یخچال برابر با صفر مطلق، η = 1. علاوه بر این، ثابت شده است که راندمان محاسبه شده با فرمول (13.17) به ماده کار بستگی ندارد.
اما دمای یخچال که معمولاً نقش آن را جو بر عهده دارد عملا نمی تواند کمتر از دمای محیط باشد. می توانید دمای بخاری را افزایش دهید. با این حال، هر ماده (جسم جامد) مقاومت حرارتی یا مقاومت حرارتی محدودی دارد. هنگامی که گرم می شود، به تدریج خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهد و زمانی که به اندازه کافی باشد درجه حرارت بالاذوب می شود.
در حال حاضر تلاش اصلی مهندسان بر افزایش راندمان موتورها از طریق کاهش اصطکاک قطعات آنها، تلفات سوخت ناشی از احتراق ناقص و ... است.
برای یک توربین بخار، دمای اولیه و نهایی بخار تقریباً به شرح زیر است: T 1 - 800 K و T 2 - 300 K. در این دماها، حداکثر راندمان 62٪ است (توجه داشته باشید که راندمان معمولاً به صورت درصد اندازه گیری می شود). مقدار واقعی راندمان ناشی از انواع تلفات انرژی تقریباً 40٪ است. موتورهای دیزل حداکثر بازده را دارند - حدود 44٪.
حفاظت از محیط زیست.
تصورش سخت است دنیای مدرنبدون موتورهای حرارتی آنها زندگی راحت را برای ما فراهم می کنند. موتورهای حرارتی وسایل نقلیه را هدایت می کنند. حدود 80 درصد برق علیرغم وجود نیروگاه های هسته ای با استفاده از موتورهای حرارتی تولید می شود.
با این حال، در حین کار موتورهای حرارتی، آلودگی محیطی اجتناب ناپذیر رخ می دهد. این یک تناقض است: از یک طرف، بشریت هر ساله به انرژی بیشتری نیاز دارد که بخش اصلی آن از سوختن سوخت به دست می آید، از طرف دیگر، فرآیندهای احتراق به ناچار با آلودگی محیط زیست همراه است.
هنگامی که سوخت می سوزد، محتوای اکسیژن در جو کاهش می یابد. علاوه بر این، محصولات احتراق خود شکل می گیرند ترکیبات شیمیاییبرای موجودات زنده مضر است. آلودگی نه تنها در زمین، بلکه در هوا نیز رخ می دهد، زیرا هر پرواز هواپیما با انتشار ناخالصی های مضر در جو همراه است.
یکی از پیامدهای عملکرد موتورها، تشکیل دی اکسید کربن است که تابش مادون قرمز را از سطح زمین جذب می کند که منجر به افزایش دمای جو می شود. این به اصطلاح اثر گلخانه ای است. اندازه گیری ها نشان می دهد که دمای جو سالانه 0.05 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. چنین افزایش مداوم دما می تواند باعث ذوب شدن یخ شود که به نوبه خود منجر به تغییر سطح آب در اقیانوس ها، یعنی سیل قاره ها می شود.
بیایید به یک مورد دیگر توجه کنیم نکته منفیهنگام استفاده از موتورهای حرارتی بنابراین، گاهی اوقات از آب رودخانه ها و دریاچه ها برای خنک کردن موتورها استفاده می شود. سپس آب گرم شده بر می گردد. افزایش دما در بدنه های آبی تعادل طبیعی را به هم می زند، به این پدیده آلودگی حرارتی می گویند.
برای حفاظت از محیط زیست، مختلف تمیز کردن فیلترهاجلوگیری از انتشار در جو مواد مضرطراحی موتور در حال بهبود است. بهبود مستمر سوخت وجود دارد که مواد مضر کمتری در حین احتراق و همچنین فناوری احتراق آن ایجاد می کند. منابع انرژی جایگزین با استفاده از باد، تابش خورشیدی و انرژی هسته به طور فعال در حال توسعه هستند. وسایل نقلیه الکتریکی و وسایل نقلیه با انرژی خورشیدی در حال حاضر تولید می شوند.
در حقیقت، کاری که با کمک هر وسیله ای انجام می شود، همیشه کار مفیدتری است، زیرا بخشی از کار در برابر نیروهای اصطکاک که در داخل مکانیسم و هنگام جابجایی قطعات جداگانه آن عمل می کنند انجام می شود. بنابراین، درخواست بلوک متحرک، مرتکب شدن اضافه کار، بلند کردن خود بلوک و طناب و غلبه بر نیروهای اصطکاک در بلوک.
ما نماد زیر را معرفی می کنیم: کار مفید را با $A_p$ نشان می دهیم، کار کامل- $A_(کامل)$. در انجام این کار، ما داریم:
تعریف
ضریب عملکرد (COP)نسبت کار مفید به کامل نامیده می شود. کارایی را با حرف $\eta $ نشان می دهیم، سپس:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \چپ(2\راست).\]
بیشتر اوقات ، کارایی به صورت درصد بیان می شود ، سپس تعریف آن فرمول است:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \چپ(2\راست).\]
هنگام ایجاد مکانیسم ها، آنها سعی می کنند کارایی خود را افزایش دهند، اما مکانیسم هایی با کارایی برابر یک (و حتی بیشتر از یک) وجود ندارند.
و بنابراین، ضریب کارایی یک کمیت فیزیکی است که سهم کار مفید را از تمام کارهای انجام شده نشان می دهد. با کمک کارایی، کارایی دستگاه (مکانیسم، سیستم) که انرژی را تبدیل یا انتقال می دهد که کار را انجام می دهد، ارزیابی می شود.
برای افزایش کارایی مکانیسم ها، می توانید سعی کنید اصطکاک در محورهای آنها، جرم آنها را کاهش دهید. اگر بتوان از اصطکاک چشم پوشی کرد، جرم مکانیسم به طور قابل توجهی کمتر از جرم، به عنوان مثال، باری است که مکانیسم آن را بلند می کند، در این صورت راندمان کمی کمتر از واحد است. سپس کار انجام شده تقریباً برابر با کار مفید است:
قانون طلایی مکانیک
باید به خاطر داشت که با یک مکانیسم ساده نمی توان به سود در کار دست یافت.
اجازه دهید هر یک از کارهای فرمول (3) را به عنوان حاصل ضرب نیروی متناظر در مسیر طی شده تحت تأثیر این نیرو بیان کنیم، سپس فرمول (3) را به شکل تبدیل کنیم:
عبارت (4) نشان می دهد که با استفاده از یک مکانیسم ساده، به همان اندازه که در راه از دست می دهیم، قدرت می گیریم. این قانون"قانون طلایی" مکانیک نامیده می شود. این قانون در یونان باستان توسط هرون اسکندریه تدوین شد.
این قانون کار برای غلبه بر نیروهای اصطکاک را در نظر نمی گیرد، بنابراین تقریبی است.
کارایی در انتقال نیرو
ضریب کارایی را می توان به عنوان نسبت کار مفید به انرژی صرف شده برای اجرای آن ($Q$) تعریف کرد:
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \left(5\right).\]
برای محاسبه راندمان یک موتور حرارتی از فرمول زیر استفاده می شود:
\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\left(6\راست)،\]
که در آن $Q_n$ مقدار گرمای دریافتی از بخاری است. $Q_(ch)$ - مقدار گرمای منتقل شده به یخچال.
راندمان یک موتور حرارتی ایده آل که طبق چرخه کارنو کار می کند عبارت است از:
\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\left(7\راست)،\]
جایی که $T_n$ - دمای بخاری؛ $T_(ch)$ - دمای یخچال.
نمونه هایی از وظایف برای کارایی
مثال 1
ورزش.موتور جرثقیل قدرتی معادل N$ دارد. برای بازه زمانی برابر با $\Delta t$، او باری به جرم $m$ را به ارتفاع $h$ برد. کارایی جرثقیل چقدر است؟\textit()
راه حل.کار مفید در مسئله مورد بررسی برابر است با کار بلند کردن بدن به ارتفاع $h$ از بار جرم $m$، این کار غلبه بر نیروی گرانش است. برابر است با:
کل کاری که هنگام بلند کردن بار انجام می شود را می توان با استفاده از تعریف توان پیدا کرد:
بیایید از تعریف ضریب کارایی برای پیدا کردن آن استفاده کنیم:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1.3\راست).\]
فرمول (1.3) را با استفاده از عبارات (1.1) و (1.2) تبدیل می کنیم:
\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]
پاسخ.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$
مثال 2
ورزش.یک گاز ایده آل چرخه کارنو را انجام می دهد، در حالی که بازده چرخهبرابر $\eta$ است. کار در چرخه تراکم گاز در چیست؟ دمای ثابت? کار انجام شده توسط گاز در حین انبساط $A_0$ است
راه حل.بازده چرخه به صورت زیر تعریف می شود:
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\left(2.1\راست).\]
چرخه کارنو را در نظر بگیرید، تعیین کنید که در کدام فرآیندها گرما تامین می شود ($Q$ خواهد بود).
از آنجایی که چرخه کارنو از دو ایزوترم و دو آدیابات تشکیل شده است، بلافاصله می توان گفت که در فرآیندهای آدیاباتیک (فرایندهای 2-3 و 4-1) انتقال حرارت وجود ندارد. در فرآیند همدما 1-2 گرما تامین می شود (شکل 1 $Q_1$)، در فرآیند همدما 3-4 گرما حذف می شود ($Q_2$). معلوم می شود که در عبارت (2.1) $Q=Q_1$. ما می دانیم که مقدار گرمای (قانون اول ترمودینامیک) که در طی یک فرآیند همدما به سیستم داده می شود به طور کامل برای انجام کار توسط گاز می رود، به این معنی:
گاز کار مفیدی انجام می دهد که برابر است با:
مقدار گرمایی که در فرآیند همدما 3-4 حذف می شود برابر است با کار فشرده سازی (کار منفی است) (از آنجایی که T=const، سپس $Q_2=-A_(34)$). در نتیجه داریم:
فرمول (2.1) را با در نظر گرفتن نتایج (2.2) - (2.4) تبدیل می کنیم:
\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\to A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\به A_(34)=( \eta -1)A_(12)\ چپ (2.4\راست).\]
از آنجایی که با شرط $A_(12)=A_0،\ در نهایت $ دریافت می کنیم:
پاسخ.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$
مثال. میانگین نیروی کشش موتور 882 نیوتن است و در هر 100 کیلومتر 7 کیلوگرم بنزین مصرف می کند. کارایی موتور آن را تعیین کنید. ابتدا یک کار مفید پیدا کنید. برابر است با حاصل ضرب نیروی F در فاصله S که توسط جسم تحت تأثیر آن غلبه می کند Ап=F∙S. مقدار گرمایی که هنگام سوزاندن 7 کیلوگرم بنزین آزاد می شود را تعیین کنید، این مقدار کار صرف شده Az = Q = q∙m خواهد بود، جایی که q برابر است سوخت خاص، برای بنزین برابر است با 42∙10^6 J/kg و m جرم این سوخت است. راندمان موتور برابر با بازده=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30% خواهد بود.
که در مورد کلیبرای یافتن کارایی هر موتور حرارتی (موتور احتراق داخلی، موتور بخارو غیره)، جایی که کار توسط گاز انجام می شود، دارای ضریب است مفید اقداماتبرابر با اختلاف حرارتی که بخاری Q1 دریافت می کند و یخچال Q2 دریافت می کند، اختلاف گرمای بخاری و یخچال را پیدا کنید و بر گرمای بخاری تقسیم کنید Efficiency = (Q1-Q2)/Q1 . در اینجا بازده در ضلع های فرعی از 0 تا 1 است، برای ترجمه نتیجه، آن را در 100 ضرب کنید.
برای به دست آوردن راندمان یک موتور حرارتی ایده آل (موتور کارنو)، نسبت اختلاف دمای بخاری T1 و کولر T2 را به دمای بخاری COP=(T1-T2)/T1 بیابید. این حداکثر بازده ممکن برای نوع خاصی از موتورهای حرارتی با دمای معین بخاری و یخچال است.
مشترک را تعریف کنید. این نوع اطلاعات را می توان با مراجعه به اطلاعات سرشماری نفوس به دست آورد. برای تعیین نرخ کل تولد، مرگ، ازدواج و طلاق، باید حاصل ضرب کل جمعیت و دوره تخمینی را پیدا کنید. عدد حاصل را در مخرج بنویسید.
یک نشانگر مربوط به نسبی مورد نظر را روی شمارنده قرار دهید. به عنوان مثال، اگر با تعیین نرخ باروری کل مواجه هستید، به جای شمارشگر باید عددی وجود داشته باشد که منعکس کننده تعداد کل تولدها برای دوره مورد نظر شما باشد. اگر هدف شما نرخ مرگ و میر یا ازدواج است، تعداد مرگ و میرها را به جای شمارنده قرار دهید. دوره صورتحسابیا تعداد افراد متاهل به ترتیب.
عدد حاصل را در 1000 ضرب کنید. این ضریب کلی خواهد بود که به دنبال آن هستید. اگر با وظیفه یافتن نرخ رشد کل مواجه هستید، نرخ مرگ و میر را از نرخ تولد کم کنید.
ویدیو های مرتبط
منابع:
- نرخ های حیاتی عمومی
کلمه "کار" در درجه اول به فعالیت هایی اطلاق می شود که به انسان امرار معاش می کند. به عبارت دیگر در ازای آن پاداش مالی دریافت می کند. با این وجود، مردم در اوقات فراغت خود به صورت رایگان یا با هزینه ای صرفاً نمادین آماده هستند تا در کارهای مفید اجتماعی با هدف کمک به نیازمندان، محوطه سازی حیاط ها و خیابان ها، کاشت درختان و درختچه ها و غیره شرکت کنند. تعداد این گونه داوطلبان قطعاً بیشتر خواهد بود، اما آنها اغلب نمی دانند که در کجا ممکن است به خدمات آنها نیاز باشد.
بسیاری از مردم می خواهند در بهبود شهر مادری خود مشارکت کنند. آنها باید با ساختارهای مربوطه شهرداری محلی تماس بگیرند، به عنوان مثال، کسانی که مسئول پاکسازی مناطق، محوطه سازی هستند. مطمئناً کار وجود خواهد داشت. علاوه بر این، می توانید، به عنوان مثال، به ابتکار خود، یک تخت گل زیر پنجره های خانه را بشکنید، گل بکارید.
افرادی هستند که حیوانات را بسیار دوست دارند و می خواهند به سگ ها و گربه های ولگرد کمک کنند. اگر جزو این دسته هستید، با سازمان های حقوق حیوانات محلی یا صاحبان پناهگاه های حیوانات تماس بگیرید. خوب، اگر در آن زندگی می کنید شهر بزرگدر جایی که باغ وحش وجود دارد، از اداره بپرسید که آیا به کمک های مراقبت از حیوانات نیاز است یا خیر
ضریب رطوبت
ضریب رطوبت یک شاخص ویژه است که توسط هواشناسان برای ارزیابی درجه رطوبت آب و هوا در یک منطقه خاص ایجاد شده است. در عین حال در نظر گرفته شد که اقلیم یک ویژگی بلند مدت است شرایط آب و هواییدر این محل بنابراین، همچنین تصمیم گرفته شد که ضریب رطوبت در یک بازه زمانی طولانی در نظر گرفته شود: به عنوان یک قاعده، این ضریب بر اساس داده های جمع آوری شده در طول سال محاسبه می شود.بنابراین، ضریب رطوبت نشان می دهد که در این مدت در منطقه مورد نظر چه مقدار بارندگی می بارد. این به نوبه خود یکی از عوامل اصلی تعیین کننده نوع پوشش گیاهی غالب در منطقه است.
محاسبه ضریب رطوبت
فرمول محاسبه ضریب رطوبت به شرح زیر است: K = R / E. در فرمول نشان داده شده، نماد K نشان دهنده خود ضریب رطوبت است و نماد R نشان دهنده میزان بارندگی است که در یک منطقه معین در طول سال باریده است. در میلی متر بیان می شود. در نهایت، نماد E نشان دهنده میزان بارش است تبخیر شده از سطح زمین، در مدت زمان مشابه.مقدار مشخص شده بارندگی که بر حسب میلی متر نیز بیان می شود، به دمای یک منطقه معین در یک دوره زمانی خاص و عوامل دیگر بستگی دارد. بنابراین، با وجود سادگی ظاهری فرمول فوق، محاسبه ضریب رطوبت نیاز به تعداد زیادی اندازه‌گیری اولیه با استفاده از ابزار دقیق دارد و تنها توسط تیم نسبتاً بزرگی از هواشناسان قابل انجام است.
به نوبه خود، مقدار ضریب رطوبت در یک منطقه خاص، که تمام این شاخص ها را در نظر می گیرد، به عنوان یک قاعده، این امکان را به شما می دهد که با درجه اطمینان بالایی مشخص شود که کدام نوع پوشش گیاهی در این منطقه غالب است. بنابراین، اگر ضریب رطوبت بیش از 1 باشد، این نشان دهنده سطح بالایی از رطوبت در منطقه است که مستلزم غلبه انواع پوشش گیاهی مانند تایگا، تاندرا یا تندرا جنگلی است.
سطح رطوبت کافی با ضریب رطوبت برابر با 1 مطابقت دارد و معمولاً با غلبه مخلوط یا مشخص می شود. ضریب رطوبت از 0.6 تا 1 برای توده های جنگلی-استپی، از 0.3 تا 0.6 - برای استپ ها، از 0.1 تا 0.3 - برای مناطق نیمه بیابانی و از 0 تا 0.1 - برای بیابان ها معمول است.
منابع:
- رطوبت، ضرایب رطوبت
در مدل نظری یک موتور حرارتی، سه بدنه در نظر گرفته می شود: بخاری, بدنه کارو یخچال.
بخاری - یک مخزن حرارتی (جسم بزرگ) که دمای آن ثابت است.
در هر سیکل کارکرد موتور، سیال عامل مقدار معینی گرما را از بخاری دریافت می کند، منبسط می شود و کارهای مکانیکی انجام می دهد. انتقال بخشی از انرژی دریافتی از بخاری به یخچال برای بازگرداندن سیال کار به حالت اولیه ضروری است.
از آنجایی که مدل فرض می‌کند که دمای بخاری و یخچال در طول کار موتور حرارتی تغییر نمی‌کند، پس در پایان چرخه: گرمایش - انبساط - سرمایش - فشرده‌سازی سیال کار، در نظر گرفته می‌شود که دستگاه برمی‌گردد. به حالت اولیه خود
برای هر سیکل، بر اساس قانون اول ترمودینامیک، می توانیم مقدار گرما را بنویسیم سبار دریافتی از بخاری، میزان گرما | سخنک | داده شده به یخچال و کار انجام شده توسط بدنه کار آبا یکدیگر مرتبط هستند:
آ = سبار – | سسرد|.
در واقع دستگاه های فنیکه به آنها موتورهای حرارتی می گویند، سیال کار با گرمای آزاد شده در حین احتراق سوخت گرم می شود. بله در توربین بخاربخاری نیروگاهی یک کوره با زغال سنگ داغ است. در یک موتور احتراق داخلی (ICE)، محصولات احتراق را می توان یک بخاری و هوای اضافی را می توان یک سیال کار در نظر گرفت. به عنوان یخچال از هوای جو یا آب منابع طبیعی استفاده می کنند.
کارایی موتور حرارتی (ماشین)
راندمان موتور حرارتی (بهره وری)نسبت کار انجام شده توسط موتور به مقدار گرمای دریافتی از بخاری است:
راندمان هر موتور حرارتی کمتر از یک است و به صورت درصد بیان می شود. عدم امکان تبدیل کل مقدار گرمای دریافتی از بخاری به کار مکانیکی هزینه ای است که باید برای سازماندهی یک فرآیند چرخه ای پرداخت و از قانون دوم ترمودینامیک پیروی کرد.
در موتورهای حرارتی واقعی، راندمان توسط آزمایش تعیین می شود قدرت مکانیکی نموتور و میزان سوخت مصرف شده در واحد زمان. بنابراین، اگر در زمان تیسوخت انبوه سوخت مترو گرمای ویژه احتراق q، آن
برای وسیله نقلیهمشخصه مرجع اغلب حجم است Vسوخت در راه سوخت سدر قدرت موتور مکانیکی نو با سرعت در این مورد، با در نظر گرفتن چگالی r سوخت، می توانیم فرمولی برای محاسبه بازده بنویسیم:
قانون دوم ترمودینامیک
چندین فرمول وجود دارد قانون دوم ترمودینامیک. یکی از آنها می گوید که یک موتور حرارتی غیرممکن است، که فقط به دلیل یک منبع گرما کار می کند، یعنی. بدون یخچال اقیانوس جهانی می تواند به عنوان یک منبع عملاً پایان ناپذیر انرژی داخلی برای آن عمل کند (ویلهلم فردریش استوالد، 1901).
فرمول های دیگر قانون دوم ترمودینامیک معادل این قانون هستند.
فرمول کلازیوس(1850): فرآیندی غیرممکن است که در آن گرما به طور خود به خود از اجسام با حرارت کمتر به اجسام گرمتر منتقل شود.
فرمول تامسون(1851): یک فرآیند دایره ای غیرممکن است که تنها نتیجه آن تولید کار با کاهش انرژی داخلی مخزن حرارتی است.
فرمول کلازیوس(1865): تمام فرآیندهای خود به خودی در یک سیستم بسته غیرتعادلی در جهتی رخ می دهند که در آن آنتروپی سیستم افزایش می یابد. در حالت تعادل حرارتی حداکثر و ثابت است.
فرمول بولتزمن(1877): یک سیستم بسته از بسیاری از ذرات به طور خود به خود از حالت منظم تر به حالت کمتر مرتب می شود. خروج خود به خودی سیستم از وضعیت تعادل غیرممکن است. بولتزمن یک اندازه گیری کمی از بی نظمی را در سیستمی متشکل از بسیاری از بدن ها معرفی کرد - آنتروپی.
کارایی یک موتور حرارتی با گاز ایده آل به عنوان سیال کار
اگر مدل سیال کار در موتور حرارتی داده شود (به عنوان مثال، گاز ایده آل، سپس می توانیم تغییر را محاسبه کنیم پارامترهای ترمودینامیکیسیال کار در حین انبساط و انقباض. این به شما امکان می دهد بازده موتور حرارتی را بر اساس قوانین ترمودینامیک محاسبه کنید.
شکل چرخه هایی را نشان می دهد که در صورتی که سیال عامل یک گاز ایده آل باشد و پارامترها در نقاط انتقال یک فرآیند ترمودینامیکی به دیگری تنظیم شده باشند، بازده را می توان محاسبه کرد.
|
|
ایزوباریک-ایزوکوریک |
|
ایزوکوریک-آدیاباتیک |
|
ایزوباریک-آدیاباتیک |
|
ایزوباریک-ایزوکوریک-همدما |
|
|
ایزوباریک-ایزوکوریک-خطی |
چرخه کارنو کارایی یک موتور حرارتی ایده آل
بالاترین راندمان در دمای داده شده بخاری تیگرمایش و یخچال تیسرما دارای یک موتور حرارتی است که در آن سیال کار منبسط و منقبض می شود چرخه کارنو(شکل 2)، که نمودار آن از دو ایزوترم (2-3 و 4-1) و دو آدیابات (3-4 و 1-2) تشکیل شده است.
قضیه کارنوثابت می کند که راندمان چنین موتوری به سیال کاری مورد استفاده بستگی ندارد، بنابراین می توان آن را با استفاده از روابط ترمودینامیکی برای یک گاز ایده آل محاسبه کرد:
پیامدهای زیست محیطی موتورهای حرارتی
استفاده شدید از موتورهای حرارتی در حمل و نقل و انرژی (نیروگاه های حرارتی و هسته ای) به طور قابل توجهی بر زیست کره زمین تأثیر می گذارد. اگرچه اختلافات علمی در مورد مکانیسم های تأثیر فعالیت انسان بر آب و هوای زمین وجود دارد، بسیاری از دانشمندان به عواملی اشاره می کنند که به واسطه آنها چنین تأثیری می تواند رخ دهد:
- اثر گلخانه ای– افزایش غلظت دی اکسید کربن (محصول احتراق در هیترهای ماشین های حرارتی) در جو. دی اکسید کربن پرتوهای مرئی و فرابنفش خورشید را منتقل می کند، اما تابش مادون قرمز زمین را جذب می کند. این منجر به افزایش دمای لایه‌های پایین جو، افزایش بادهای طوفانی و ذوب یخ‌های جهانی می‌شود.
- تأثیر مستقیم سموم گازهای خروجیدر مورد حیات وحش (مواد سرطان زا، مه دود، باران اسیدی از محصولات جانبیاحتراق).
- تخریب لایه اوزون در طول پرواز هواپیما و پرتاب موشک. اوزون بالای اتمسفر از تمام حیات روی زمین در برابر اشعه ماوراء بنفش اضافی خورشید محافظت می کند.
راه برون رفت از بحران زیست محیطی در حال ظهور در افزایش راندمان موتورهای حرارتی نهفته است (بازده موتورهای حرارتی مدرن به ندرت بیش از 30٪ است). استفاده کنید موتورهای قابل سرویسو خنثی کننده گازهای اگزوز مضر؛ استفاده کنید منابع جایگزینانرژی ( پنل های خورشیدیو بخاری) و وسایل حمل و نقل جایگزین (دوچرخه و غیره).
