ККД ідеального теплового двигуна
Оскільки тепловий двигун Карно найекономічніший, він має і найвищий коефіцієнт корисної дії при даній температурі нагрівача і холодильника. Він дорівнює:
Або
З цієї формули випливає, що ККД ідеального теплового двигуна завжди менше одиниці, навіть якщо усунені всі втрати енергії. Це пов’язано з тим, що деяка кількість теплоти завжди передається холодильнику.
Карно довів, що ККД будь-якого реального теплового двигуна не може бути більше ККД ідеального теплового двигуна, який має ті ж значення температури нагрівача і холодильника.
Удосконалюючи механічні або електричні двигуни, їх ККД прагнуть наблизити до 100%, зменшуючи втрати енергії.
При вдосконаленні теплових двигунів вирішується завдання наближення їх ККД не до 100%, а до ККД ідеального двигуна Карно, який працює при тих же температурах нагрівача і холодильника. А він тим більше, чим вища температура нагрівача і нижча температура холодильника.
Тому для підвищення ККД теплового двигуна намагаються підвищити температуру нагрівача і знизити температуру холодильника.
Складність полягає в тому, що підвищення температури нагрівача обмежується властивостями застосовуваних у конструкції двигунів сплавів. Зокрема, вони повинні бути теплостійкими і жароміцними.
Крім того, сплави повинні мати високу механічну міцність і витримувати високі тиски, не руйнуючись і зберігаючи свої пружні властивості.
В даний час температура пари, яка використовується в парових турбінах, досягає 580°С. ККД такої турбіни складає 40-41%. ККД ідеального теплового двигуна при температурі нагрівача 580°С і холодильника 27°С дорівнює 65%.
Питання для самоперевірки
- Які перетворення енергії відбуваються в тепловому двигуні? Як визначити роботу газу за графіком залежності тиску газу від його об’єму? Яке призначення холодильника в тепловому двигуні? Чому дорівнює ККД реального теплового двигуна? Чи може ККД теплового двигуна бути рівним 100%, якщо усунути всі втрати енергії? Що представляє собою цикл Карно? Чому адіабатний і ізотермічний процеси є енергетично найбільш вигідними? Чому дорівнює ККД ідеального теплового двигуна? Як підвищити ККД реального теплового Двигуна?
Related posts:
- ККД теплового двигуна Тепловим називається двигун, який виконує роботу за рахунок джерела теплової енергії. Теплова енергія (Qнагревателя) від джерела передається двигуну, при цьому частина отриманої енергії двигун витрачає на виконання роботи W, невитрачених енергія (Qхолодільніка) відправляється в холодильник, роль якого може виконувати, наприклад навколишнє повітря. Тепловий двигун може працювати тільки в тому випадку, якщо температура холодильника менше температури […]...
- Ідеальний тепловий двигун Французький учений Карно, вирішуючи проблему підвищення ефективності теплових двигуни, запропонував модель ідеального теплового двигуна. Робочим тілом в нім служить ідеальний газ. Енергетично найбільш вигідними є Адіабатний і ізотермічний процеси, що відбуваються з ідеальним газом. У них вся отримана робочим тілом енергія перетворюється в роботу. Нагадаємо, що при Ізохоричний процесі робота не звершується, при изобарном на […]...
- Характеристика теплової машини Карно Важливими характеристиками теплової машини є найбільше танайменше значення температури робочого тіла в ході циклу. Ці значення називаються відповідно температурою нагрівача і температурою холодильника. Ми бачили, що ККД теплового двигуна строго менше одиниці. Виникає природне запитання: який найбільший можливий ККД теплового двигуна з фіксованими значеннями температури нагрівача T і температури холодильника T2? Нехай, наприклад, максимальна температура […]...
- Рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу Тиск газу на стінку посудини створюється ударами про неї молекул газу, при яких відбувається зміна імпульсів молекул і стінки. Очевидно, тиск газу на стінки посудини тим більше, чим більший імпульс передають молекули стінці, а імпульс молекули, як вам відомо, залежить від маси молекули т0 і від швидкості її руху v. Оскільки макроскопічне тіло складається з […]...
- Неможливість створення вічного двигуна Довгий час вчені робили спроби створення вічного двигуна, т. є. Такого пристрою, який здійснювало б механічну роботу тільки за рахунок внутрішньої енергії, не отримуючи енергії ззовні. З першого закону термодинаміки випливає неможливість створення такого двигуна. Дійсно, якщо до системи не підводять енергію, т. Е. Q = 0, то робота буде відбуватися тільки за рахунок внутрішньої […]...
- Теорема Карно Наведені вище міркування дозволяють перейти до формулювання першої та другої теорем Карно. Їх можна сформулювати у вигляді двох наступних тверджень: 1.Коефіцієнт корисної дії будь-якої оборотної теплової машини, що працює за циклом Карно, не залежить від природи робочого тіла і пристрої машини, а є функцією тільки температури нагрівача і холодильника: 2. Коефіцієнт корисної дії будь-якої теплової […]...
- Схема заміщення асинхронного двигуна При практичних розрахунках замість реального асинхронного двигуна, на схемі його замінюють еквівалентною схемою заміщення, в якій електромагнітна зв’язок замінена на електричну. При цьому параметри ланцюга ротора наводяться до параметрів ланцюга статора. По суті, схема заміщення асинхронного двигуна аналогічна схемі заміщення трансформатора. Різниця в тому, що у асинхронного двигуна електрична енергія перетворюється в механічну енергію (а […]...
- Оборотність машини Карно Нехай деяка теплова машина здійснює цикл між нагрівачем з фіксованою температурою T1 і холодильником з фіксованою температурою T2. Як зробити цей цикл оборотним? Зрозуміло, всі процеси циклу повинні бути квазістатичного – наша машина буде працювати нескінченно медленно25. Але цього не достатньо. Те, що машина повинна працювати в прямому і зворотному напрямку (т. Е. Як тепловий […]...
- Характеристики теплового випромінювання Енергія, яку втрачає тіло внаслідок теплового випромінювання, характеризується наступними величинами. Потік випромінювання (Ф) – енергія, що випромінюється за одиницю часу з усієї поверхні тіла. Фактично, це потужність теплового випромінювання. Розмірність потоку випромінювання – [Дж / с = Вт]. Енергетична світність (Re) – енергія теплового випромінювання, що випускається за одиницю часу з одиничною поверхні нагрітого тіла. […]...
- Термодинаміка (формули) Внутрішня енергія одного моля одноатомного ідеального газу: Робота газу при розширенні (стисканні): Перший закон термодинаміки ΔU = Q – A; Q = ΔU + A. Рівняння Пуассона для адіабати: Робота газу в адіабатичному процесі: A = CV(T2 – T1). Формула Р. Майєра: Cp = CV + R. Молярна теплоємність при постійному об’ємі: Молярна теплоємність твердого […]...
- Теплові двигуни в фізиці Ми знаємо, що досконала над тілом роботи є один із способів зміни його внутрішньої енергії: вчинена робота як би розчиняється в тілі, переходячи в енергію безладного руху і взаємодії його частинок. Тепловий двигун – це пристрій, який, навпаки, витягує корисну роботу з “хаотичної” внутрішньої енергії тіла. Винахід теплового двигуна радикально змінило вигляд людської цивілізації. Принципову […]...
- Принцип роботи холодильної машини У теплових двигунах робота здійснюється за рахунок енергії, отриманої від нагрівача. При цьому кількість теплоти, отримана від нагрівача, частково йде на здійснення роботи, а частково передається холодильника. Виникає питання, як здійснити зворотний процес, т. Е. Як передати енергію від менш нагрітого тіла більш нагрітого. Другий закон термодинаміки забороняє такий процес, якщо він єдиний. Однак він […]...
- Рівняння стану ідеального газу – коротко У цій главі ви не зустрінете принципово нових відомостей про газах. Мова піде про наслідки, які можна отримати з поняття температури та інших макроскопічних параметрів. Основне рівняння молекулярнокінетіческой теорії газів впритул наблизило нас до встановлення зв’язків між цими параметрами. Як можна розрахувати масу повітря в кабінеті фізики? Які параметри повітря будуть необхідні для визначення цієї […]...
- Статор однофазного асинхронного двигуна Статор однофазного асинхронного двигуна виготовлений з ламінованих штампованих листів електротехнічної сталі. Кожен лист ізольований від попередніх і наступних шаром лаку або іншого ізолюючого немагнітного покриття. Виготовлення статора з багатьох тонких пластин обумовлено необхідністю позбутися впливу вихрових струмів. Чим більше пластин і чим вони тонше, тим менші вихрові струми наводяться в статорі, що позитивно впливає на […]...
- Особливості теплового розширення води Як і інші тіла, вода розширюється при нагріванні і стискається при охолодженні. Однак по цій властивості вона сильно відрізняється від всіх інших тіл і речовин. При охолодженні вода стискається, але при наближенні до температури + 4 ° С її стиск сповільнюється, а потім і зупиняється. При температурі + 4 ° С стиснення води змінюється розширенням, […]...
- У чому відмінність двигуна 406 від двигуна 405 Сімейства двигунів 406 і 405 – справжня гордість компанії ЗМЗ (Заволзький моторний завод) – основного постачальника мотора для моделей Горьковського автозаводу. Обидва двигуни мають безліч подібностей і відмінностей, які потрібно знати кожному автолюбителю, незважаючи на те, що один двигун прийшов на зміну іншому. Причому сильні відмінності між двома моторами якраз стосуються технічної складової, що особливо […]...
- Закони теплового випромінювання Теплове випромінювання. У нагрітих тілах частина внутрішньої енергії речовини може перетворюватися в енергію випромінювання. Тому нагріті тіла є джерелами електромагнітного випромінювання в широкому діапазоні частот. Це випромінювання називають тепловим випромінюванням. Експерименти показують, що теплове випромінювання має безперервний спектр. Це означає, що нагріте тіло випускає деяку кількість енергії випромінювання в будь-якому діапазоні частот або довжин хвиль. […]...
- Ротор однофазного асинхронного двигуна Конструкція ротора однофазного асинхронного двигуна аналогічна короткозамкненим ротором трифазного асинхронного двигуна. Ротор має циліндричну форму і прорізи по всій периферії. Пази зроблені не паралельно осі обертання ротора, а зі скосом. Таке перекіс запобігає магнітне замикання ротора в поле статора, тим самим полегшуючи початковий пуск двигуна. Пуск і робота асинхронного двигуна стає більш гладкою і спокійною, […]...
- Конструкція трифазного асинхронного двигуна Трифазний асинхронний двигун є найбільш широко використовуваним електродвигуном. Майже 80% механічної потужності, яка використовується в промисловому виробництві, перетворюється з електричної потужності, через асинхронні трифазні двигуни. Це відбувається з тієї простої причини, що ці двигуни дешеві, прості і надійні в експлуатації і обслуговуванні. Вони мають хороші експлуатаційні характеристики, в них відсутня колектор, а також вони ефективні […]...
- Чим механічний рух відрізняється від теплового З точки зору фізики, будь-який рух – це зміна положення щодо інших предметів. Переміщення об’єкта визначається рядом законів і обчислюється за допомогою формул. Однак існують такі поняття, як теплове і механічне рух, сильно відрізняються один від одного за значенням. У чому ж різниця між механічним і тепловим рухом? Механічний рух визначається як зміна положення об’єкта […]...
- Пристрій плавного пуску асинхронного двигуна Асинхронний двигун отримав велике застосування завдяки своїй простоті, надійності і дешевизні. Саме тому він широко використовується в промисловості. Щоб поліпшити його характеристики і продовжити час служби, існують різні пристрої, які дозволяють регулювати, запускати або захищати двигун. Одним з них є пристрій для плавного пуску (УПП) або софт-стартер. Хоча термін “софт-стартер” застосуємо і до різних електромагнітним […]...
- Автоматизація пуску двигуна Пускові опору двигуна постійного струму r1 і r2 розраховуються і вимикаються в процесі пуску зазвичай таким чином, щоб струм якоря і момент двигуна коливалися приблизно в одних і тих же, заздалегідь вибраних межах, між деякими максимальними Мmах і мінімальними Мmin значеннями (рис. 5.2). Схема управління (рис. 5.1) працює таким чином. При натисканні на кнопку В […]...
- Принцип дії квантового двигуна Квантовий двигун має наступний принцип дії. Акумулятор живить електричний генератор і перетворювач напруги. В результаті створюються три види напруги для: Магнітної складової. Забезпечення харчуванням електродвигуна. Котушок магнітної складової. В результаті системи магнітів і електродів створюють магнітні та електричні поля. Ці поля виділяються ортогональним розташуванням, що дозволяє отримати вектора напруженості необхідного напрямку. Ці неоднорідні поля діють […]...
- Взаємодія молекул ідеального газу Молекули взаємно притягуються – в цьому неможливо сумніватися. Якби на якусь мить молекули перестали притягатися, то всі рідкі та тверді тіла розпалися б і весь світ перетворився в газ. Молекули відштовхуються, і це безсумнівно, бо інакше рідина стискалася б так само легко, як і газ. Між молекулами діють сили, багато в чому схожі на міжатомні […]...
- Принцип роботи турбокомпресорного двигуна Щоб отримати енергію для руху, в автомобільному двигуні згорає суміш палива з повітрям. Чим більше повітря добавлено в суміш, тим потужніше працює двигун. Звичайний двигун втягує повітря в кожен зі своїх циліндрів, коли поршень в циліндрі йде вниз. Але найкращі двигуни втягують в циліндри ще й додатковий повітря. Це робиться за допомогою пристрою під назвою […]...
- Устрій асинхронного двигуна Асинхронний двигун в своєму устрої містить дві основні частини – ротор і статор. Статором електродвигуна прийнято називати нерухому частину електричної машини. З внутрішньої сторони статора асинхронного двигуна зроблені пази. У ці пази укладається трифазна мідна обмотка, яка в подальшому живиться трифазним струмом. Ротором називають обертову частину електричної машини. Ротор і статор збираються з штампованих листів […]...
- Чи потребує автомобіль прогрівання двигуна? Чи потребує машина взимку в попередньому прогріванні двигуна? Відповісти на це питання відповісти не так легко. Перші автомобілі, які були оснащені недосконалими двигунами, однаково потребували його прогріванні і взимку і влітку. Тепер ця умова не обов’язково. Але чи можна з упевненістю це стверджувати при великих морозах? Як же правильно розігріти двигун при необхідності? Все ж […]...
- Визначення температури. Енергія теплового руху молекул Середня кінетична енергія молекул газу при тепловому рівновазі. Візьмемо посудину, розділений навпіл перегородкою, що проводить тепло. В одну половину посудини помістимо кисень, а в іншу – водень, що мають різну температуру. Через деякий час гази будуть мати однакову температуру, не залежну від роду газу, т. Е. Перебуватимуть у стані теплової рівноваги. Для визначення температури з’ясуємо, […]...
- Рівняння стану ідеального газу З трьох агрегатних станів речовини найбільш простим для вивчення є газоподібний. У досить розріджених газах відстані між молекулами набагато більше розмірів самих молекул (тоді як у рідинах і твердих тілах молекули “упаковані” дуже щільно). Тому сили взаємодії між молекулами таких газів дуже малі. Для опису розріджених газів у фізиці використовується модель ідеального газу. В рамках […]...
- Принцип роботи трифазного двигуна Електродвигуном називається таке електромеханічний пристрій, що перетворює електричну енергію в механічну енергію. При використанні трифазної системи змінного струму, найбільш широко використовується трифазний асинхронний двигун, так як цей тип двигуна не вимагає в більшості випадків пускового пристрою. Більшість трифазних асинхронних двигунів запускається в роботу за допомогою прямого пуску з використанням комутаційних апаратів. Для кращого розуміння принципу […]...
- Неможливість вічного двигуна першого роду Відповідно до першого початку термодинаміки система, яка поставлена в такі умови, що вона не може отримувати теплоту від оточуючих її тіл, може здійснювати роботу лише за рахунок убутку своєї внутрішньої енергії. Будь-яка система має певний запас внутрішньої енергії, тому і робота, яку вона може зробити, обмежена запасами в нутренней енергії і з цієї причини є […]...
- Принцип роботи асинхронного двигуна Подаючи напругу тільки на обмотку статора, асинхронний двигун починає працювати. Цікаво знати, як це працює, чому так відбувається? Це дуже просто, якщо зрозуміти, як відбувається процес індукції, коли в роторі індукується магнітне поле. Наприклад, в машинах постійного струму, доводиться окремо створювати магнітне поле в якорі (роторі) НЕ через індукцію, а за допомогою щіток. Коли ми […]...
- Термодинамічна температура Термодинамічна температура – єдина функція стану термодинамічної системи, яка характеризує напрямок самовільного теплообміну між матеріальними тілами. Термодинамічна температура в фізиці завжди позначається буквою T, вимірюється в кельвінах (позначається K) і відраховується виключно за абсолютною термодинамічною шкалою під назвою шкал Кельвіна. Абсолютна температура в термодинаміки є основною шкалою у фізиці і в термодинамічних рівняннях. Молекулярно-кінетична гіпотеза, […]...
- Відмінність синхронного двигуна від асинхронного Промислові електродвигуни класифікуються за різними параметрами. Однією з визначальних характеристик є принцип роботи. Так, розрізняють синхронний і асинхронний двигуни. У чому ж різниця між ними? Синхронний двигун здатний працювати, одночасно поєднуючи функції двигуна і генератора. Його характерною особливістю є незмінна частота роторного обертання від навантаження. Синхронні двигуни застосовуються в різних сферах. Принцип роботи синхронного двигуна […]...
- Теплові двигуни Пристрої, що перетворюють частину внутрішньої енергії тіл в механічну енергію, називають тепловими двигунами. Вважається, що першим тепловим двигуном була іграшка, винайдена близько 2000 років тому давньогрецьким вченим Героном Олександрійським, що складалася з порожнистої сфери з двома загнутими трубками, з яких виривався розігрітий пар, в результаті чого сфера оберталася (рис. 31а). Пар подавався через спеціальні трубки […]...
- Устрій квантового двигуна Квантовий двигун має пристрій в залежності від його виду: Якщо говорити про конструкцію EmDrive, то вона нагадує відро з металу, яке запаяні з обох сторін. Всередині у нього знаходиться магнетрон, який випромінює електромагнітні хвилі. Такого пристрою цілком вистачає для створення невеликої тяги. Володимир Леонов вже створив кілька видів двигунів, вони можуть застосовуватися в різних цілях. […]...
- Принцип роботи однофазного асинхронного двигуна Необхідно пам’ятати, що для роботи будь-якого електродвигуна, постійного (DC) або змінного струму (AC), потрібна наявність двох магнітних потоків, взаємодія яких створює крутний момент. Існування крутного моменту є необхідним параметром для роботи будь-якого двигуна, щоб виробляти обертання. Коли через обмотки статора починає протікати електричний струм, він в свою чергу створює змінний магнітний потік, який називається головним […]...
- Нерівність Клаузіса З першого початку термодинаміки випливає існування у кожної системи деякої функції стану – внутрішньої енергії, яка володіє двома важливими властивостями: 1. Зміна цієї функції не залежить від шляху переходу системи з одного стану в інший, а залежить лише від початкового та кінцевого станів. 2. Якщо система здійснює рівноважний круговий процес, то зміна її внутрішньої енергії […]...
- Теплова машина Карно Спочатку дослідження в області термодинаміки – науки, що вивчає перетворення енергії в тепло і роботу, – в основному концентрувалися на функціонуванні двигунів і на те, як в них використовується паливо (наприклад, вугілля). “Батьком термодинаміки” частіше за інших називають Сади Карно – завдяки його праці “Роздуми про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю […]...
- Температура та теплова рівновага системи Поняття температури тісно пов’язане з поняттям теплового рівноваги. Якщо два тіла різної температури привести в зіткнення, то, як показує досвід, між ними буде відбуватися теплообмін – процес передачі енергії від більш нагрітого тіла до менш нагрітого, що супроводжується змінами ряду фізичних параметрів. Через деякий час зміна макроскопічних параметрів тел припиняється, тобто тіла приходять у стан […]...