Modern gerçekler geniş bir fikir veriyorIsı motorlarının çalışması. Onları elektrikli motorlarla değiştirmek için çok sayıda girişim hala başarısız oluyor. Özerk sistemlerde elektrik birikimi ile ilgili sorunlar büyük zorluklarla çözüldü.
Все еще актуальны проблемы технологии dayanıklı kullanımlarını dikkate alarak elektrik pillerinin üretimi. Elektrikli taşıtların hız karakteristikleri içten yanmalı motorlarda bir arabanın özelliklerinden uzaktır.
Hibrit bir motor yaratmanın ilk adımları şehirlerdeki zararlı emisyonları önemli ölçüde azaltarak çevre sorunlarını çözebilir.
Buhar enerjisini enerjiye dönüştürme olasılığıhareket antik çağda biliniyordu. MÖ 130: İskenderiye filozofu Heron izleyiciye bir buhar oyuncağı - eolipil sundu. Buharla dolu bir küre, ondan çıkan jetlerin etkisi altında dönmeye başladı. Bu günlerde modern buhar türbinlerinin bu prototipi uygulama bulamadı.
Yıllar ve yüzyıllar boyunca filozofun gelişimi sadece eğlenceli bir oyuncak olarak kabul edildi. 1629'da İtalyan D. Branca aktif bir türbin yarattı. Buhar, bıçaklarla donatılmış bir diski harekete geçirdi.
Bu andan itibaren buhar motorlarının hızlı gelişimi başladı.
Yakıtın iç enerjisinin, makinelerin parçalarının ve mekanizmalarının hareket enerjisine dönüştürülmesi termal makinelerde kullanılır.
Makinelerin ana parçaları: bir ısıtıcı (dışarıdan enerji üretmek için bir sistem), bir çalışma sıvısı (yararlı bir eylem gerçekleştirir) ve bir buzdolabı.
Isıtıcı, çalışma sıvısının yararlı işler yapmak için yeterli miktarda iç enerji biriktireceği şekilde tasarlanmıştır. Buzdolabı fazla enerjiyi uzaklaştırır.
Etkililiğin ana özelliğine denirTermal makinelerin verimliliği. Bu değer, ısıtma için harcanan enerjinin ne kadarının faydalı işlere harcanacağını gösterir. Verimlilik ne kadar yüksek olursa, makinenin çalışması o kadar karlı olur, ancak bu değer% 100'ü aşamaz.
Isıtıcının dışarıdan Q'ya eşit enerji elde etmesine izin verin.1. Çalışma sıvısı A işini yaparken, buzdolabına verilen enerji Q2.
Tanımlamaya dayanarak, verimliliğin değerini hesaplıyoruz:
η = A / Q1. A = Q'nun1 - S2.
Bu nedenle, formülü η = (Q) şeklindeki ısı motorunun verimliliği1 - S2) / S1 = 1 - S2/ S1, aşağıdaki sonuçları çıkarmanızı sağlar:
Böyle bir motor yaratmak mümkün mü,maksimum verimliliğe sahip olacak (ideal olarak% 100'e eşit)? Fransız teorik fizikçi ve yetenekli mühendis Sadie Carnot bu sorunun cevabını bulmaya çalıştı. 1824'te gazlarda meydana gelen süreçler hakkındaki teorik hesaplamaları yayınlandı.
İdeal bir makineye yerleştirilen ana fikir, ideal bir gazla tersinir işlemlerin yürütülmesi olarak düşünülebilir. G gazını izotermal olarak T sıcaklığında genişleterek başlıyoruz.1. Bunun için gereken ısı miktarı Q'dur.1. sonra ısı transferi olmayan gaz genişler (adyabatik süreç). T sıcaklığı2, gaz izotermal olarak sıkıştırılır ve Q enerjisini buzdolabına aktarır2. Gazın başlangıç durumuna dönüşü adyabatiktir.
İdeal bir Carnot ısı motorunun verimliliğidoğru bir hesaplama, ısıtma ve soğutma cihazları arasındaki sıcaklık farkının ısıtıcının sahip olduğu sıcaklığa oranına eşittir. Şuna benzer: η = (T1 - T2) / T1.
Formülü formunda olan bir ısı motorunun olası verimliliği: η = 1 - T2/ T1sadece ısıtıcının ve soğutucunun sıcaklık değerlerine bağlıdır ve% 100'den fazla olamaz.
Dahası, bu oran, ısı motorlarının verimliliğinin sadece buzdolabı mutlak sıfır sıcaklıklara ulaştığında birliğe eşit olabileceğini kanıtlamamızı sağlar. Bildiğiniz gibi, bu değere ulaşılamaz.
Carnot'un teorik hesaplamaları, herhangi bir tasarımdaki bir ısı motorunun maksimum verimliliğini belirlememizi sağlar.
Kanıtlanmış olan Carnot teoremi aşağıdaki gibidir.Keyfi bir ısı motoru hiçbir koşulda ideal bir ısı motorunun aynı verimlilik değerinden daha yüksek bir performans katsayısına sahip olamaz.
Örnek 1 Isıtıcının sıcaklığı 800 ise ideal bir ısı motorunun verimliliği nediryaklaşıkC ve buzdolabının sıcaklığı 500yaklaşıkAşağıdaki C?
T1= 800yaklaşıkC = 1073 K, ∆T = 500yaklaşıkC = 500 K, η -?
çözüm:
Tanım gereği: η = (T1 - T2) / T1.
Bize buzdolabının sıcaklığı verilmiyor, ama ∆T = (T1 - T2), buradan:
η = ΔT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Cevap: Verimlilik =% 46.
ÖRNEK 2 Ötesinde ise ideal bir ısı motorunun verimliliğini belirleyin650 J değerinde faydalı çalışma için bir kilojoul ısıtıcı enerjisinin faydalı çalışması kullanılır. Soğutucunun sıcaklığı 400 K ise bir ısı motorunun ısıtıcısının sıcaklığı nedir?
K1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
çözüm:
Bu problemde, verimliliği formülle hesaplanabilen bir termal tesisattan bahsediyoruz:
η = A / Q1.
Isıtıcının sıcaklığını belirlemek için ideal bir ısı motorunun verimlilik formülünü kullanırız:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2/ T1.
Matematiksel dönüşümleri tamamladıktan sonra:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Hesaplıyoruz:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1 - 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Yanıt: η =% 65, T1 = 1142.8 K.
İdeal süreçler düşünülerek tasarlanmış ideal ısı motoru. İş sadece izotermal süreçlerde yapılır, değeri Carnot döngüsünün zamanlaması ile sınırlı alan olarak tanımlanır.
Aslında, sızıntı için koşullar yaratınsıcaklık değişimlerine eşlik etmeden bir gazın durumunu değiştirme işlemi imkansızdır. Çevredeki nesnelerle ısı değişimini engelleyecek hiçbir malzeme yoktur. Adyabatik süreç imkansız hale gelir. Isı transferi durumunda, gaz sıcaklığı mutlaka değişmelidir.
Gerçekte yaratılan termal makinelerin verimliliğikoşullar ideal motorların verimliliğinden önemli ölçüde farklıdır. Gerçek motorlardaki işlemlerin o kadar hızlı olduğuna dikkat edin ki, çalışma maddesinin hacmini değiştirme işlemindeki dahili termal enerjisinin değişimi, ısıtıcıdan ısı akışı ve buzdolabına geri dönüş ile telafi edilemez.
Gerçek motorlar farklı devirlerde çalışır:
Gerçekte denge süreçleri oluşturunmotorları (onları ideale yakınlaştırmak için) modern teknoloji koşullarında mümkün değildir. Termal makinelerin verimliliği, ideal bir termal kurulumdaki sıcaklık koşullarını hesaba katarak bile çok daha düşüktür.
Ancak hesaplanan formülün Carnot döngüsünün etkinliği için rolünü azaltmamalısınız, çünkü gerçek motorların verimliliğini artırmak için çalışma sürecinde referans noktası haline gelir.
İdeal ve gerçek ısıyı karşılaştırarakmotorlar, ikincisinin buzdolabının sıcaklığının herhangi bir şey olamayacağını belirtmek gerekir. Tipik olarak, atmosfer bir buzdolabı olarak kabul edilir. Atmosferin sıcaklığını almak sadece yaklaşık hesaplamalarda mümkündür. Deneyimler, soğutucunun sıcaklığının, içten yanmalı motorlarda (ICE olarak kısaltılmış) olduğu gibi, gaz motorlarındaki egzoz gazlarının sıcaklığına eşit olduğunu göstermektedir.
ICE - dünyamızda en yaygınısı motoru. Bu durumda ısı motorunun verimliliği, yanan yakıtın yarattığı sıcaklığa bağlıdır. ICE ve buhar motorları arasındaki önemli bir fark, ısıtıcının işlevlerinin ve hava yakıt karışımındaki cihazın çalışma sıvısının kaynaşmasıdır. Yanarak, karışım motorun hareketli parçaları üzerinde baskı oluşturur.
Çalışma gazlarının sıcaklık artışıyakıtın özelliklerini önemli ölçüde değiştirir. Ne yazık ki, bunu sınırsız yapmak imkansız. Motorun yanma odasının yapıldığı herhangi bir malzemenin kendi erime noktası vardır. Bu tür malzemelerin ısı direnci, motorun ana özelliğinin yanı sıra verimliliği önemli ölçüde etkileme yeteneğidir.
Bir buhar türbinine bakarsanız, sıcaklıkgirişinde 800 K ve egzoz gazı - 300 K olan çalışma buharı, bu makinenin verimliliği% 62'dir. Gerçekte, bu değer% 40'ı geçmez. Bu azalma, türbin mahfazasının ısıtılması sırasındaki ısı kaybından kaynaklanmaktadır.
İç motorların verimliliğinin en yüksek değeriyanma% 44'ü geçmez. Bu değeri yükseltmek yakın geleceğe bağlıdır. Malzemelerin özelliklerini değiştiren yakıt, insanlığın en iyi zihinlerinin üzerinde çalıştığı bir sorundur.
