Принцип дії теплових двигунів. ККД теплового двигуна

На початку вивчення теплових явищ ми з’ясували, що механічна енергія тіла може перетворюватись у його внутрішню енергію.

Чи можливо перетворити внутрішню енергію тіла в механічну?

1. Принцип дії теплових двигунів

Проведемо дослід

Щільно закоркуємо носик чайника і поставимо чайник із водою на пальник газової плити. Через деякий час помітимо, що кришка чайника починає підстрибувати.

На кришку чайника діють сила тяжіння ($Fтяж = mg$)і сила тиску пари. Якщо $Fтиску пари > Fтяж$ , кришка підстрибує; якщо $Fтиску пари < Fтяж$ , кришка повертається назад.

Отже, в описаній системі, яка складається з газового пальника й чайника з кришкою та киплячою водою, за рахунок енергії, що виділяється внаслідок згоряння палива, виконується механічна робота, при цьому частина енергії віддається довкіллю.

Тепловий двигун — це машина, яка працює циклічно й перетворює енергію палива на механічну роботу.

З’ясуємо на прикладі з чайником, із яких основних частин має складатися теплова машина.

Будь-яка теплова машина складається з:

Робоче тіло – газ, який виконує роботу в процесі свого розширення.(Пара, яка, розширюючись, піднімає кришку.)

Нагрівник – пристрій, від якого робоче тіло одержує певну кількість теплоти. (Газовий пальник.)

Холодильник – об'єкт, якому робоче тіло віддає певну кількість теплоти. (Водяна пара періодично віддає частину енергії довкіллю.)

Принцип дії теплових машин:

Робоче тіло одержує певну кількість теплоти ($Q_1$) від нагрівника, ця теплота частково перетворюється на механічну енергію (робоче тіло виконує роботу $A$), а частково ($Q_2$) передається холодильнику

ККД теплового двигуна

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна — це фізична величина, що характеризує економічність теплового двигуна й показує, яка частина всієї енергії, що «запасена» в паливі, перетворюється на корисну роботу.

$ККД=\frac{А_{кор}}{Q_{затр}}100\%$,

зазвичай ККД подають у відсотках:

$ККД$— коефіцієнт корисної дії двигуна;

$А_{кор}$— корисна робота;

$Q_{затр}$— теплота, яка виділяється в процесі повного згоряння палива.

Відношення $\eta=\frac{А_{кор}}{Q_{затр}}<0$

Тепловий двигун — це машина, яка

працює циклічно й перетворює енергію палива на механічну роботу. Будь-яка теплова машина складається з трьох основних частин: нагрівника, робочого тіла, холодильника.

Принцип дії теплових машин: робоче тіло одержує певну кількість теплоти від нагрівника; частина цієї теплоти перетворюється на механічну енергію (робоче тіло виконує роботу), а частина — віддається холодильнику.

Задача 1. Яку корисну роботу виконує тепловий двигун, якщо він отримує від згоряння палива кількість теплоти 100 МДж, а передає навколишнтому середовищу 70 МДж?

Задача 2 Під час згоряння порції палива у двигуні внутрішнього згоряння віділилася кількість теплоти 100 МДж. Двигун при цьому виконав роботу 30МДж. Обчисліть ККД двигуна?

Вправа № 24

1. Під час повного згоряння палива в тепловому двигуні виділилося 500 кДж теплоти. У результаті двигун виконав корисну роботу, яка дорівнює 125 кДж. Визначте ККД двигуна.

2. Під час роботи теплового двигуна використано 0,5 кг дизельного палива. При цьому двигун виконав корисну роботу, яка дорівнює 7 МДж. Обчисліть ККД двигуна.