เครื่องยนต์ระบายความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องยนต์ความร้อน ประสิทธิภาพของสูตรหน่วยคำนิยามเครื่องยนต์ความร้อน
เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานได้ จำเป็นต้องมีความแตกต่างของแรงดันทั้งสองด้านของลูกสูบเครื่องยนต์หรือใบพัดกังหัน ในเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมด ความแตกต่างของแรงดันนี้เกิดขึ้นได้จากการเพิ่มอุณหภูมิของของไหลทำงานหลายร้อยองศาเมื่อเทียบกับอุณหภูมิแวดล้อม อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง
สารทำงานสำหรับเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดเป็นก๊าซ (ดู§ 3.11) ซึ่งทำงานในระหว่างการขยาย ให้เราแสดงอุณหภูมิเริ่มต้นของของไหลทำงาน (ก๊าซ) ผ่าน ตู่ 1 . อุณหภูมินี้ในกังหันไอน้ำหรือเครื่องจักรได้มาจากไอน้ำในหม้อไอน้ำ ในเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันก๊าซ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ภายในเครื่องยนต์เอง อุณหภูมิ ตู่ 1 เรียกว่าอุณหภูมิเครื่องทำความร้อน
บทบาทของตู้เย็น
เมื่องานเสร็จสิ้น ก๊าซจะสูญเสียพลังงานและเย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ตู่ 2 . อุณหภูมินี้ต้องไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อม มิฉะนั้น แรงดันแก๊สจะน้อยกว่าความดันบรรยากาศ และเครื่องยนต์จะไม่สามารถทำงานได้ โดยปกติอุณหภูมิ ตู่ 2 สูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเล็กน้อย เรียกว่าอุณหภูมิของตู้เย็น ตู้เย็นเป็นบรรยากาศหรืออุปกรณ์พิเศษสำหรับระบายความร้อนและควบแน่นไอน้ำเสีย - คอนเดนเซอร์ ในกรณีหลัง อุณหภูมิของตู้เย็นอาจต่ำกว่าอุณหภูมิของบรรยากาศบ้าง
ดังนั้นในเครื่องยนต์ สารทำงานในระหว่างการขยายจึงไม่สามารถให้พลังงานภายในทั้งหมดทำงานได้ ส่วนหนึ่งของพลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังบรรยากาศอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ (ตู้เย็น) พร้อมกับไอน้ำเสียหรือก๊าซไอเสียจากเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันก๊าซ พลังงานภายในส่วนนี้สูญเสียไปอย่างแก้ไขไม่ได้ นี่คือสิ่งที่กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ของเคลวินกล่าว
แผนผังของเครื่องยนต์ความร้อนแสดงในรูปที่ 5.15 ร่างกายการทำงานของเครื่องยนต์ได้รับปริมาณความร้อนระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง Q 1 , ทำงาน แต่"และถ่ายเทความร้อนเข้าตู้เย็น | Q 2 | <| Q 1 |.
ประสิทธิภาพเครื่องยนต์ความร้อน
ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน งานที่เครื่องยนต์ทำคือ
(5.11.1)
ที่ไหน Q 1 - ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน a Q 2 - ปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับตู้เย็น
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคืออัตราส่วนของงาน แต่",โดยเครื่องยนต์ จนถึงปริมาณความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์:
(5.11.2)
ในกังหันไอน้ำ ฮีตเตอร์คือหม้อไอน้ำ และในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเอง
เนื่องจากในเครื่องยนต์ทั้งหมด ความร้อนบางส่วนจะถูกถ่ายเทไปยังตู้เย็น ดังนั้น η< 1.
การใช้เครื่องยนต์ความร้อน
สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการใช้เครื่องยนต์ความร้อน (ส่วนใหญ่เป็นกังหันไอน้ำที่ทรงพลัง) ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนซึ่งขับเคลื่อนโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า ประมาณ 80% ของไฟฟ้าทั้งหมดในประเทศของเราผลิตขึ้นที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน
เครื่องยนต์ระบายความร้อน (กังหันไอน้ำ) ได้รับการติดตั้งในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยเช่นกัน ที่สถานีเหล่านี้ พลังงานของนิวเคลียสของอะตอมถูกใช้เพื่อผลิตไอน้ำที่อุณหภูมิสูง
เครื่องยนต์ความร้อนส่วนใหญ่จะใช้ในการขนส่งสมัยใหม่ทุกประเภทที่สำคัญ สำหรับรถยนต์ เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบที่มีรูปแบบภายนอกของส่วนผสมที่ติดไฟได้ (เครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์) และเครื่องยนต์ที่มีการก่อตัวของส่วนผสมที่ติดไฟได้โดยตรงภายในกระบอกสูบ (ดีเซล) ถูกนำมาใช้ เครื่องยนต์เดียวกันนี้ติดตั้งอยู่บนรถแทรกเตอร์
เกี่ยวกับการขนส่งทางรถไฟจนถึงกลางศตวรรษที่ 20 เครื่องยนต์หลักคือเครื่องยนต์ไอน้ำ ตอนนี้ใช้หัวรถจักรดีเซลและหัวรถจักรไฟฟ้าเป็นหลัก แต่หัวรถจักรไฟฟ้ายังได้รับพลังงานจากเครื่องยนต์ความร้อนของโรงไฟฟ้าอีกด้วย
การขนส่งทางน้ำใช้ทั้งเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันอันทรงพลังสำหรับเรือขนาดใหญ่
ในการบิน เครื่องยนต์ลูกสูบถูกติดตั้งบนเครื่องบินขนาดเบา และเครื่องยนต์เทอร์โบและเครื่องบินเจ็ท ซึ่งเป็นของเครื่องยนต์ความร้อนก็ถูกติดตั้งบนไลเนอร์ขนาดใหญ่ เครื่องยนต์ไอพ่นยังใช้ในจรวดอวกาศอีกด้วย
อารยธรรมสมัยใหม่คิดไม่ถึงหากไม่มีเครื่องยนต์ความร้อน เราจะไม่มีไฟฟ้าราคาถูกและจะถูกกีดกันจากการขนส่งความเร็วสูงที่ทันสมัยทุกประเภท
ตั้งแต่สมัยโบราณ ผู้คนได้พยายามเปลี่ยนพลังงานให้เป็นงานเครื่องกล พวกเขาแปลงพลังงานจลน์ของลม พลังงานศักย์ของน้ำ ฯลฯ เริ่มตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 เครื่องจักรเริ่มปรากฏขึ้นที่เปลี่ยนพลังงานภายในของเชื้อเพลิงให้กลายเป็นงาน เครื่องจักรดังกล่าวทำงานด้วยเครื่องยนต์ความร้อน
เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานความร้อนเป็นงานกลเนื่องจากการขยายตัว (ส่วนใหญ่มักเป็นก๊าซ) จากอุณหภูมิสูง
เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ มีส่วนประกอบ:
- องค์ประกอบความร้อน. ร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม
- ร่างกายทำงานเนื่องจากการขยายตัวช่วยให้งานได้ดี องค์ประกอบนี้จึงต้องขยายตัวได้ดี ตามกฎแล้วจะใช้ก๊าซหรือไอน้ำ
- คูลเลอร์. ร่างกายมีอุณหภูมิต่ำ
สารทำงานได้รับพลังงานความร้อนจากฮีตเตอร์ เป็นผลให้มันเริ่มขยายและทำงาน เพื่อให้ระบบทำงานได้อีกครั้ง ระบบจะต้องกลับสู่สถานะเดิม ดังนั้นของเหลวทำงานจึงถูกทำให้เย็นลงนั่นคือพลังงานความร้อนส่วนเกินจะถูกปล่อยออกสู่องค์ประกอบทำความเย็น และระบบก็เข้าสู่สถานะเดิม จากนั้นกระบวนการจะเกิดซ้ำอีกครั้ง
การคำนวณประสิทธิภาพ
ในการคำนวณประสิทธิภาพ เราแนะนำสัญกรณ์ต่อไปนี้:
Q 1 - ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากองค์ประกอบความร้อน
A’– งานที่ทำโดยหน่วยงาน
คำถามที่ 2 - ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากของไหลทำงานจากตัวทำความเย็น
ในกระบวนการทำความเย็นร่างกายจะถ่ายเทความร้อน ดังนั้น Q2< 0.
การทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นกระบวนการที่เป็นวัฏจักร ซึ่งหมายความว่าหลังจากวัฏจักรสมบูรณ์ พลังงานภายในจะกลับสู่สภาพเดิม จากนั้นตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ งานที่ทำโดยของไหลทำงานจะเท่ากับความแตกต่างระหว่างปริมาณความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์และความร้อนที่ได้รับจากตัวทำความเย็น:
ไตรมาสที่ 2 เป็นค่าลบ ดังนั้นจึงใช้โมดูลัส
ประสิทธิภาพจะแสดงเป็นอัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ต่องานทั้งหมดที่ระบบดำเนินการ ในกรณีนี้ งานทั้งหมดจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่ใช้ไปในการให้ความร้อนกับของเหลวทำงาน พลังงานที่ใช้ไปทั้งหมดจะแสดงผ่าน Q 1
ดังนั้นปัจจัยด้านประสิทธิภาพจึงถูกกำหนดเป็น
ระดับ: 10
ประเภทบทเรียน: บทเรียนการเรียนรู้เนื้อหาใหม่
จุดประสงค์ของบทเรียน: อธิบายหลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน
วัตถุประสงค์ของบทเรียน:
ทางการศึกษา: เพื่อแนะนำนักเรียนเกี่ยวกับประเภทของเครื่องยนต์ความร้อนเพื่อพัฒนาความสามารถในการกำหนดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเพื่อเปิดเผยบทบาทและความสำคัญของ TD ในอารยธรรมสมัยใหม่ สรุปและขยายความรู้ของนักเรียนเกี่ยวกับปัญหาสิ่งแวดล้อม
การพัฒนา: พัฒนาความสนใจและการพูด พัฒนาทักษะการนำเสนอ
ทางการศึกษา: เพื่อปลูกฝังให้นักเรียนสำนึกในความรับผิดชอบต่อคนรุ่นต่อไป ซึ่งรวมถึงการพิจารณาผลกระทบของเครื่องยนต์ความร้อนต่อสิ่งแวดล้อม
อุปกรณ์ : คอมพิวเตอร์สำหรับนักเรียน, คอมพิวเตอร์ครู, เครื่องฉายมัลติมีเดีย, แบบทดสอบ (ใน Excel), Physics 7-11 Library of electronic visual aids "ไซริลและเมโทเดียส"
ระหว่างเรียน
1. ช่วงเวลาจัดงาน
2. การจัดระเบียบความสนใจของนักเรียน
หัวข้อของบทเรียนของเราคือ "เครื่องยนต์ความร้อน" (สไลด์ 1)
วันนี้เราจะระลึกถึงประเภทของเครื่องยนต์ความร้อน พิจารณาเงื่อนไขสำหรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพ และพูดคุยเกี่ยวกับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานจำนวนมาก (สไลด์ 2)
3. การทำให้เป็นจริงของความรู้พื้นฐาน
ก่อนที่จะไปเรียนรู้เนื้อหาใหม่ๆ เราขอแนะนำให้คุณตรวจสอบว่าคุณพร้อมสำหรับสิ่งนี้อย่างไร
โพลด้านหน้า:
- ระบุกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์ (การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งเท่ากับผลรวมของการทำงานของแรงภายนอกและปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังระบบ U \u003d A + Q)
– แก๊สร้อนขึ้นหรือเย็นลงโดยไม่แลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อมได้หรือไม่? สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? (สำหรับกระบวนการอะเดียแบติก)(สไลด์ 3)
– เขียนกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในกรณีต่อไปนี้: a) การถ่ายเทความร้อนระหว่างวัตถุในเครื่องวัดความร้อน b) น้ำร้อนบนตะเกียงแอลกอฮอล์ c) ความร้อนของร่างกายเมื่อกระทบ ( ก) A=0,Q=0, U=0; ข) A=0, U=Q; ค) Q=0, U=A)
- รูปแสดงวัฏจักรที่กระทำโดยก๊าซอุดมคติที่มีมวลจำนวนหนึ่ง วาดวงจรนี้บนกราฟ p(T) และ T(p) ก๊าซจะปล่อยความร้อนในส่วนใดของวัฏจักรและดูดซับในส่วนใด
(ในส่วนที่ 3-4 และ 2-3 ก๊าซจะปล่อยความร้อนออกมา และในส่วนที่ 1-2 และ 4-1 ความร้อนจะถูกดูดซับโดยแก๊ส) (สไลด์ 4)
4. เรียนรู้สื่อใหม่
ปรากฎการณ์ทางกายภาพและกฎเกณฑ์ต่างๆ ถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวันของมนุษย์ พลังงานสำรองภายในมหาสมุทรและเปลือกโลกถือได้ว่ามีไม่จำกัดในทางปฏิบัติ แต่การมีเงินสำรองเหล่านี้ไม่เพียงพอ จำเป็นต้องสิ้นเปลืองพลังงานเพื่อให้สามารถตั้งค่าอุปกรณ์เคลื่อนที่ที่สามารถทำงานได้ (สไลด์ 5)
แหล่งพลังงานคืออะไร? (เชื้อเพลิงต่างๆ ลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง)
มีเครื่องจักรหลายประเภทที่ตระหนักถึงการเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทหนึ่งเป็นอีกประเภทหนึ่งในการทำงาน
เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานภายในของเชื้อเพลิงเป็นพลังงานกล (สไลด์ 6)
พิจารณาอุปกรณ์และหลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน เครื่องยนต์ความร้อนทำงานเป็นวงจร
เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ ประกอบด้วยเครื่องทำความร้อน ของเหลวทำงาน และตู้เย็น (สไลด์ 7)
ประสิทธิภาพของวงปิด (สไลด์ 8)
Q 1 - ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากความร้อน Q 1 >Q 2
Q 2 - ปริมาณความร้อนที่ให้กับตู้เย็น Q 2 A / = Q 1 - |Q 2 | เป็นงานที่เครื่องยนต์ทำต่อรอบหรือไม่?< 1. รอบ C. Carnot (สไลด์ 9) T 1 - อุณหภูมิความร้อน T 2 - อุณหภูมิตู้เย็น เครื่องยนต์ความร้อนส่วนใหญ่จะใช้ในการขนส่งสมัยใหม่ทุกประเภทที่สำคัญ เกี่ยวกับการขนส่งทางรถไฟจนถึงกลางศตวรรษที่ 20 เครื่องยนต์หลักคือเครื่องยนต์ไอน้ำ ตอนนี้ใช้หัวรถจักรดีเซลและหัวรถจักรไฟฟ้าเป็นหลัก ในการขนส่งทางน้ำ ตอนแรกมีการใช้เครื่องยนต์ไอน้ำ ตอนนี้ใช้ทั้งเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันทรงพลังสำหรับเรือขนาดใหญ่ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการใช้เครื่องยนต์ความร้อน (ส่วนใหญ่เป็นกังหันไอน้ำที่ทรงพลัง) ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนซึ่งขับเคลื่อนโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า ประมาณ 80% ของไฟฟ้าทั้งหมดในประเทศของเราผลิตขึ้นที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน เครื่องยนต์ระบายความร้อน (กังหันไอน้ำ) ยังถูกติดตั้งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยเช่นกัน Gas Turbine ถูกใช้อย่างแพร่หลายในจรวด การขนส่งทางราง และทางถนน สำหรับรถยนต์ เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบที่มีรูปแบบภายนอกของส่วนผสมที่ติดไฟได้ (เครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์) และเครื่องยนต์ที่มีการก่อตัวของส่วนผสมที่ติดไฟได้โดยตรงภายในกระบอกสูบ (ดีเซล) ถูกนำมาใช้ ในการบิน เครื่องยนต์ลูกสูบถูกติดตั้งบนเครื่องบินขนาดเบา และเครื่องยนต์เทอร์โบและเครื่องบินเจ็ท ซึ่งเป็นของเครื่องยนต์ความร้อนก็ถูกติดตั้งบนไลเนอร์ขนาดใหญ่ เครื่องยนต์ไอพ่นยังใช้ในจรวดอวกาศอีกด้วย (สไลด์ 10) (แสดงคลิปวิดีโอการทำงานของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท) ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายใน กำลังดูคลิปวิดีโอ (สไลด์ 11) การทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในสี่จังหวะ เครื่องยนต์ทำความร้อนและการปกป้องสิ่งแวดล้อม (สไลด์ 13) การเติบโตอย่างต่อเนื่องของความจุพลังงาน - การแพร่กระจายของไฟที่เชื่องมากขึ้นเรื่อยๆ - นำไปสู่ความจริงที่ว่าปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมานั้นเทียบได้กับส่วนประกอบอื่น ๆ ของสมดุลความร้อนในชั้นบรรยากาศ สิ่งนี้ไม่สามารถทำให้อุณหภูมิเฉลี่ยบนโลกเพิ่มขึ้นได้ อุณหภูมิที่สูงขึ้นอาจเป็นภัยคุกคามต่อธารน้ำแข็งที่กำลังละลายและระดับน้ำทะเลที่รุนแรงขึ้น แต่สิ่งนี้ไม่ได้ทำให้ผลเสียของการใช้เครื่องยนต์ความร้อนหมดไป การปล่อยอนุภาคขนาดเล็กขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ - เขม่า, เถ้า, เชื้อเพลิงบดซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของ "ผลกระทบเรือนกระจก" เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระยะเวลานาน ส่งผลให้อุณหภูมิของบรรยากาศสูงขึ้น ผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่เป็นพิษที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่ไม่สมบูรณ์ ส่งผลร้ายต่อพืชและสัตว์ รถยนต์เป็นสิ่งที่อันตรายโดยเฉพาะในเรื่องนี้ จำนวนที่เพิ่มขึ้นอย่างน่าตกใจ และการทำให้ก๊าซไอเสียบริสุทธิ์ทำได้ยาก ทั้งหมดนี้ก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงหลายประการต่อสังคม (สไลด์ 14) จำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพของโครงสร้างที่ป้องกันการปล่อยสารอันตรายสู่ชั้นบรรยากาศ ให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ของรถยนต์มีความสมบูรณ์ยิ่งขึ้น พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ประหยัดทั้งในการผลิตและที่บ้าน เครื่องยนต์ทางเลือก: วิธีแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม: การใช้เชื้อเพลิงทดแทน การใช้เครื่องยนต์ทางเลือก การปรับปรุงสภาพแวดล้อม การศึกษาวัฒนธรรมนิเวศวิทยา (สไลด์ 16) พวกคุณทุกคนจะต้องผ่านการสอบรัฐแบบรวมเป็นหนึ่งในเวลาเพียงปีเดียว ฉันแนะนำให้คุณแก้ปัญหาหลายอย่างจากส่วน A ของการสาธิตฟิสิกส์สำหรับปี 2009 คุณจะพบงานบนเดสก์ท็อปของคอมพิวเตอร์ของคุณ เป็นเวลากว่า 240 ปีแล้วที่เครื่องจักรไอน้ำถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรก ในช่วงเวลานี้ เครื่องยนต์ความร้อนได้เปลี่ยนแปลงเนื้อหาในชีวิตมนุษย์ไปอย่างมาก การใช้เครื่องจักรเหล่านี้ทำให้มนุษย์ก้าวเข้าสู่อวกาศเพื่อเปิดเผยความลับของทะเลลึก ให้คะแนนสำหรับงานในชั้นเรียน ก่อนออกจากชั้นเรียน กรุณากรอกตารางให้ครบถ้วน ฉันทำงานในชั้นเรียน แอคทีฟ / พาสซีฟ ด้วยการทำงานในห้องเรียน ฉัน มีความสุข/ไม่มีความสุข บทเรียนดูเหมือนกับฉัน สั้นยาว สำหรับบทเรียนฉัน ไม่เหนื่อย/เหนื่อย ความเป็นจริงสมัยใหม่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนอย่างกว้างขวาง ความพยายามหลายครั้งที่จะแทนที่พวกเขาด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าล้มเหลวจนถึงขณะนี้ ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของไฟฟ้าในระบบอัตโนมัติจะแก้ไขได้ยากมาก ปัญหาของเทคโนโลยีในการผลิตเครื่องสะสมพลังงานไฟฟ้ายังคงมีความเกี่ยวข้องโดยคำนึงถึงการใช้งานในระยะยาว ลักษณะความเร็วของรถยนต์ไฟฟ้านั้นยังห่างไกลจากลักษณะความเร็วของรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน ก้าวแรกสู่การสร้างเครื่องยนต์ไฮบริดสามารถลดการปล่อยมลพิษในเมืองใหญ่ได้อย่างมาก และสามารถแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมได้ ความเป็นไปได้ของการแปลงพลังงานไอน้ำเป็นพลังงานเคลื่อนที่เป็นที่รู้จักในสมัยโบราณ 130 ปีก่อนคริสตกาล: ปราชญ์นกกระสาแห่งอเล็กซานเดรียนำเสนอของเล่นไอน้ำแก่ผู้ชม - aeolipil ทรงกลมที่เต็มไปด้วยไอน้ำเริ่มหมุนภายใต้การกระทำของไอพ่นที่เล็ดลอดออกมาจากมัน ต้นแบบของกังหันไอน้ำสมัยใหม่นี้ไม่พบการใช้งานในสมัยนั้น เป็นเวลาหลายปีและหลายศตวรรษการพัฒนาของปราชญ์ถือเป็นเพียงของเล่นที่สนุก ในปี ค.ศ. 1629 ชาวอิตาลี D. Branchi ได้สร้างกังหันที่ใช้งานอยู่ ไอน้ำเคลื่อนที่เป็นดิสก์ที่ติดตั้งใบมีด จากช่วงเวลานั้นเป็นต้นมาการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเครื่องจักรไอน้ำ การแปลงเชื้อเพลิงเป็นพลังงานสำหรับการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนเครื่องจักรและกลไกที่ใช้ในเครื่องยนต์ความร้อน ส่วนประกอบหลักของเครื่องจักร: เครื่องทำความร้อน (ระบบรับพลังงานจากภายนอก), สารทำงาน (ทำหน้าที่ที่มีประโยชน์), ตู้เย็น เครื่องทำความร้อนได้รับการออกแบบมาเพื่อให้แน่ใจว่าของเหลวทำงานสะสมพลังงานภายในเพียงพอเพื่อทำงานที่มีประโยชน์ ตู้เย็นขจัดพลังงานส่วนเกิน ลักษณะสำคัญของประสิทธิภาพเรียกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ค่านี้แสดงส่วนใดของพลังงานที่ใช้ในการทำความร้อนที่ใช้ไปกับการทำงานที่มีประโยชน์ ยิ่งประสิทธิภาพสูงเท่าไหร่การทำงานของเครื่องก็ยิ่งทำกำไรได้มากเท่านั้น แต่ค่านี้ต้องไม่เกิน 100% ให้เครื่องทำความร้อนได้รับพลังงานจากภายนอกเท่ากับ Q 1 . สารทำงานทำงาน A ในขณะที่พลังงานที่จ่ายให้กับตู้เย็นคือ Q 2 ตามคำจำกัดความ เราคำนวณประสิทธิภาพ: η= A / Q 1 . เราคำนึงว่า A \u003d Q 1 - Q 2 จากนี้ไปประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนสูตรที่มีรูปแบบ η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1 ช่วยให้เราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้: เป็นไปได้ไหมที่จะสร้างเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด (ควรเท่ากับ 100%)? นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวฝรั่งเศสและวิศวกรที่มีพรสวรรค์ Sadi Carnot พยายามหาคำตอบสำหรับคำถามนี้ ในปี ค.ศ. 1824 การคำนวณเชิงทฤษฎีของเขาเกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในก๊าซถูกเปิดเผยต่อสาธารณะ แนวคิดหลักเบื้องหลังเครื่องจักรในอุดมคติคือการดำเนินการกระบวนการย้อนกลับด้วยก๊าซในอุดมคติ เราเริ่มต้นด้วยการขยายตัวของก๊าซที่อุณหภูมิอุณหภูมิ T 1 . ปริมาณความร้อนที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้คือ Q 1 หลังจากที่ก๊าซขยายตัวโดยไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน เมื่อถึงอุณหภูมิ T 2 แล้ว ก๊าซจะถูกบีบอัดด้วยอุณหภูมิความร้อนและถ่ายโอนพลังงาน Q 2 ไปยังตู้เย็น การกลับคืนสู่สภาพเดิมของแก๊สเป็นแบบอะเดียแบติก ประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อน Carnot ในอุดมคติ เมื่อคำนวณได้อย่างแม่นยำ จะเท่ากับอัตราส่วนของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอุปกรณ์ทำความร้อนและความเย็นกับอุณหภูมิที่เครื่องทำความร้อนมี ดูเหมือนว่านี้: η=(T 1 - T 2)/ T 1 ประสิทธิภาพที่เป็นไปได้ของเครื่องยนต์ความร้อนซึ่งมีสูตรคือ: η= 1 - T 2 / T 1 ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของฮีตเตอร์และตัวทำความเย็นเท่านั้นและต้องไม่เกิน 100% ยิ่งกว่านั้นอัตราส่วนนี้ช่วยให้เราสามารถพิสูจน์ได้ว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถเท่ากับความสามัคคีได้ก็ต่อเมื่อตู้เย็นถึงอุณหภูมิเท่านั้น ดังที่คุณทราบ ค่านี้ไม่สามารถบรรลุได้ การคำนวณตามทฤษฎีของ Carnot ทำให้สามารถระบุประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อนของการออกแบบใดๆ ได้ ทฤษฎีบทที่ Carnot พิสูจน์ได้มีดังนี้ เครื่องยนต์ความร้อนตามอำเภอใจไม่ว่าในกรณีใด ๆ ก็สามารถมีค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพมากกว่าค่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติที่คล้ายคลึงกัน ตัวอย่างที่ 1 อะไรคือประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติหากอุณหภูมิฮีตเตอร์อยู่ที่ 800 °C และอุณหภูมิตู้เย็นต่ำกว่า 500 °C? T 1 \u003d 800 o C \u003d 1073 K, ∆T \u003d 500 o C \u003d 500 K, η -? ตามคำจำกัดความ: η=(T 1 - T 2)/ T 1 เราไม่ได้รับอุณหภูมิของตู้เย็น แต่ ∆T = (T 1 - T 2) จากที่นี่: η \u003d ∆T / T 1 \u003d 500 K / 1073 K \u003d 0.46 คำตอบ: ประสิทธิภาพ = 46% ตัวอย่าง 2 กำหนดประสิทธิภาพของฮีทเอ็นจิ้นในอุดมคติหากทำงานที่มีประโยชน์ 650 J อันเนื่องมาจากพลังงานฮีตเตอร์ที่ได้มา 1 กิโลจูล อุณหภูมิของฮีทเครื่องยนต์ฮีทหากอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นคือ 400 K? Q 1 \u003d 1 kJ \u003d 1,000 J, A \u003d 650 J, T 2 \u003d 400 K, η -?, T 1 \u003d? ในปัญหานี้ เรากำลังพูดถึงการติดตั้งระบบระบายความร้อน ซึ่งประสิทธิภาพสามารถคำนวณได้จากสูตร: ในการกำหนดอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อน เราใช้สูตรสำหรับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติ: η \u003d (T 1 - T 2) / T 1 \u003d 1 - T 2 / T 1 หลังจากทำการแปลงทางคณิตศาสตร์แล้ว เราได้รับ: T 1 \u003d T 2 / (1- η). T 1 \u003d T 2 / (1- A / Q 1) มาคำนวณกัน: η= 650 J / 1,000 J = 0.65 T 1 \u003d 400 K / (1- 650 J / 1000 J) \u003d 1142.8 K. คำตอบ: η \u003d 65%, T 1 \u003d 1142.8 K. เครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงกระบวนการในอุดมคติ งานเสร็จสิ้นในกระบวนการไอโซเทอร์มอลเท่านั้น ค่าของงานถูกกำหนดให้เป็นพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยกราฟวงจรคาร์โนต์ ในความเป็นจริง เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเงื่อนไขสำหรับกระบวนการเปลี่ยนสถานะของก๊าซโดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ไม่มีวัสดุใดที่จะไม่รวมการแลกเปลี่ยนความร้อนกับวัตถุรอบข้าง กระบวนการอะเดียแบติกไม่สามารถทำได้อีกต่อไป ในกรณีของการถ่ายเทความร้อน อุณหภูมิของก๊าซจะต้องเปลี่ยนแปลง ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่สร้างขึ้นในสภาพจริงแตกต่างอย่างมากจากประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ในอุดมคติ โปรดทราบว่ากระบวนการในเครื่องยนต์จริงนั้นรวดเร็วมากจนการแปรผันของพลังงานความร้อนภายในของสารทำงานในกระบวนการเปลี่ยนปริมาตรนั้นไม่สามารถชดเชยได้ด้วยความร้อนที่ไหลเข้ามาจากฮีตเตอร์และกลับสู่ตัวทำความเย็น เครื่องยนต์จริงทำงานในรอบต่างๆ: เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างกระบวนการสมดุลในเครื่องยนต์จริง (เพื่อให้เข้าใกล้อุดมคติมากขึ้น) ภายใต้เงื่อนไขของเทคโนโลยีสมัยใหม่ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ระบายความร้อนนั้นต่ำกว่ามาก แม้จะพิจารณาถึงระบบอุณหภูมิที่เหมือนกันกับการติดตั้งระบบระบายความร้อนในอุดมคติ แต่ไม่ควรลดบทบาทของสูตรคำนวณประสิทธิภาพ เนื่องจากเป็นจุดเริ่มต้นในกระบวนการทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จริง เมื่อเปรียบเทียบเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติกับเครื่องยนต์ความร้อนจริง ควรสังเกตว่าอุณหภูมิของตู้เย็นของตู้เย็นไม่สามารถเป็นได้ โดยปกติบรรยากาศจะถือว่าเป็นตู้เย็น อุณหภูมิของบรรยากาศสามารถทำได้ในการคำนวณโดยประมาณเท่านั้น ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของสารหล่อเย็นเท่ากับอุณหภูมิของก๊าซไอเสียในเครื่องยนต์ เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ตัวย่อของเครื่องยนต์สันดาปภายใน) ICE เป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่พบมากที่สุดในโลกของเรา ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในกรณีนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเครื่องยนต์สันดาปภายในและเครื่องยนต์ไอน้ำคือการรวมฟังก์ชั่นของฮีตเตอร์และสารทำงานของอุปกรณ์ในส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิง การเผาไหม้ ส่วนผสมจะสร้างแรงกดดันต่อชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องยนต์ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของก๊าซทำงานทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเชื้อเพลิงอย่างมีนัยสำคัญ ขออภัย ไม่สามารถทำสิ่งนี้ได้โดยไม่มีกำหนด วัสดุใดๆ ที่สร้างห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จะมีจุดหลอมเหลวของตัวเอง ความต้านทานความร้อนของวัสดุดังกล่าวเป็นคุณสมบัติหลักของเครื่องยนต์รวมถึงความสามารถในการส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพ หากเราพิจารณาอุณหภูมิของไอน้ำทำงานที่ทางเข้าซึ่งเท่ากับ 800 K และก๊าซไอเสียคือ 300 K แสดงว่าประสิทธิภาพของเครื่องนี้คือ 62% ในความเป็นจริง ค่านี้ไม่เกิน 40% การลดลงดังกล่าวเกิดขึ้นเนื่องจากการสูญเสียความร้อนในระหว่างการทำความร้อนของปลอกกังหัน ค่าสูงสุดของการเผาไหม้ภายในไม่เกิน 44% การเพิ่มมูลค่านี้เป็นเรื่องของอนาคตอันใกล้ การเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุ เชื้อเพลิงเป็นปัญหาที่จิตใจที่ดีที่สุดของมนุษย์กำลังดำเนินการอยู่ เครื่องยนต์ระบายความร้อนคือเครื่องยนต์ที่ทำงานโดยแลกกับแหล่งพลังงานความร้อน พลังงานความร้อน ( เครื่องทำความร้อน Q) จากแหล่งกำเนิดจะถูกถ่ายโอนไปยังเครื่องยนต์ในขณะที่พลังงานที่ได้รับบางส่วนที่เครื่องยนต์ใช้ในการทำงาน W, พลังงานที่ไม่ได้ใช้ ( ตู้เย็นคิว) ถูกส่งไปยังตู้เย็นซึ่งสามารถทำได้เช่นโดยอากาศแวดล้อม เครื่องยนต์ทำความร้อนจะทำงานได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิของตู้เย็นต่ำกว่าอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนเท่านั้น ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) ของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถคำนวณได้จากสูตร: ประสิทธิภาพ = W/Q ng. ประสิทธิภาพ = 1 (100%) หากพลังงานความร้อนทั้งหมดถูกแปลงเป็นงาน ประสิทธิภาพ=0 (0%) หากไม่มีการแปลงพลังงานความร้อนเป็นงาน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจริงอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 1 ยิ่งมีประสิทธิภาพมากเท่าไหร่เครื่องยนต์ก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น Q x / Q ng \u003d T x / T ng ประสิทธิภาพ \u003d 1- (Q x / Q ng) ประสิทธิภาพ \u003d 1- (T x / T ng) โดยคำนึงถึงกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ซึ่งระบุว่าอุณหภูมิของศูนย์สัมบูรณ์ (T=0K) ไม่สามารถเข้าถึงได้ เราสามารถพูดได้ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะพัฒนาเครื่องยนต์ความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ=1 เนื่องจาก T x > 0 เสมอ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจะยิ่งสูงขึ้น อุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนจะสูงขึ้น และอุณหภูมิของตู้เย็นก็จะยิ่งต่ำลง
1 จังหวะ: ทางเข้า
2 จังหวะ: การบีบอัด
3 จังหวะ: จังหวะการทำงาน
4 จังหวะ: ปล่อย
อุปกรณ์: กระบอกสูบ, ลูกสูบ, เพลาข้อเหวี่ยง, 2 วาล์ว (ทางเข้าและทางออก), เทียน
จุดตาย - ตำแหน่งสุดขีดของลูกสูบ
มาเปรียบเทียบลักษณะสมรรถนะของเครื่องยนต์ความร้อนกัน5. แก้ไขวัสดุ
6. สรุปบทเรียน
7. การบ้าน:
§ 82 (Myakishev G.Ya. ) ออกกำลังกาย 15 (11, 12) (สไลด์ 17)
8. ไตร่ตรอง
เกร็ดประวัติศาสตร์
เครื่องยนต์ความร้อน
การคำนวณประสิทธิภาพ
เครื่องยนต์ทำความร้อนในอุดมคติ
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
เงื่อนไขที่แท้จริง
เครื่องยนต์ทำความร้อนอื่นๆ
วิธีเปลี่ยนประสิทธิภาพ
ค่าประสิทธิภาพของมอเตอร์
