เครื่องยนต์ความร้อนประเภทประสิทธิภาพเชิงความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน - สูตร อะไรคือประสิทธิภาพที่แท้จริงของเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ

เครื่องยนต์ที่แปลงพลังงานภายในของเชื้อเพลิงที่เผาไหม้เป็นงานเครื่องกล

เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ ประกอบด้วยสามส่วนหลัก: เครื่องทำความร้อน, ร่างกายทำงาน(แก๊ส ของเหลว เป็นต้น) และ ตู้เย็น. การทำงานของเครื่องยนต์ขึ้นอยู่กับกระบวนการแบบวนซ้ำ (นี่คือกระบวนการที่ระบบจะกลับสู่สถานะเดิม)

เครื่องยนต์ความร้อนรอบโดยตรง

ลักษณะทั่วไปของกระบวนการที่เป็นวัฏจักร (หรือวงกลม) ทั้งหมดคือไม่สามารถดำเนินการได้โดยการนำของเหลวทำงานเข้าสู่การสัมผัสทางความร้อนด้วยแหล่งเก็บความร้อนเพียงแหล่งเดียว พวกเขาต้องการอย่างน้อยสอง อ่างเก็บความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นเรียกว่าเครื่องทำความร้อน และถังเก็บความร้อนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเรียกว่าตู้เย็น เมื่อทำกระบวนการหมุนเวียน สารทำงานจะได้รับความร้อนจากฮีตเตอร์ Q 1 (เกิดการขยายตัว) และให้ปริมาณความร้อน Q 2 แก่ตู้เย็นเมื่อกลับสู่สถานะเดิมและหดตัว ปริมาณความร้อนทั้งหมด Q=Q 1 -Q 2 ที่ของไหลทำงานได้รับต่อรอบจะเท่ากับงานที่ทำโดยของไหลทำงานในรอบเดียว

วงจรทำความเย็นแบบย้อนกลับ

ในรอบย้อนกลับ การขยายตัวจะเกิดขึ้นที่แรงดันต่ำ และการบีบอัดจะเกิดขึ้นที่แรงดันที่สูงขึ้น ดังนั้นงานบีบอัดจึงมากกว่างานขยายงานไม่ได้ทำโดยร่างกายที่ทำงาน แต่ด้วยแรงภายนอก งานนี้กลายเป็นความอบอุ่น ดังนั้นในเครื่องทำความเย็น สารทำงานจะใช้ความร้อน Q 1 จำนวนหนึ่งจากตู้เย็นและถ่ายเทความร้อน Q 2 ไปยังฮีตเตอร์จำนวนมากขึ้น

ประสิทธิภาพ

วงตรง:

ดัชนีประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็น:

วงจรการ์โนต์

ในเครื่องยนต์ความร้อน พวกเขามุ่งมั่นที่จะบรรลุการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลอย่างสมบูรณ์ที่สุด ประสิทธิภาพสูงสุด

รูปแสดงรอบที่ใช้ในเครื่องยนต์เบนซินคาร์บูเรเตอร์และในเครื่องยนต์ดีเซล ในทั้งสองกรณี สารทำงานเป็นส่วนผสมของไอน้ำมันเบนซินหรือดีเซลกับอากาศ วัฏจักรของเครื่องยนต์สันดาปภายในของคาร์บูเรเตอร์ประกอบด้วยไอโซคอร์สองตัว (1–2, 3–4) และอะเดียแบตสองตัว (2–3, 4–1) เครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซลทำงานเป็นวัฏจักรที่ประกอบด้วยอะเดียบัตสองตัว (1–2, 3-4–4) หนึ่งไอโซบาร์ (2–3) และหนึ่งไอโซคอร์ (4–1) ประสิทธิภาพที่แท้จริงสำหรับเครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์อยู่ที่ประมาณ 30% สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล - ประมาณ 40%

นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส S. Carnot ได้พัฒนางานของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติ ส่วนการทำงานของเครื่องยนต์คาร์โนต์ถือได้ว่าเป็นลูกสูบในกระบอกสูบที่บรรจุแก๊ส ตั้งแต่เครื่องยนต์ Carnot - เครื่องจักรเป็นเพียงทฤษฎีเท่านั้น กล่าวคือ อุดมคติแรงเสียดทานระหว่างลูกสูบกับกระบอกสูบและการสูญเสียความร้อนจะถือว่าเป็นศูนย์ งานเครื่องกลเป็นค่าสูงสุดหากของไหลทำงานทำรอบที่ประกอบด้วยไอโซเทอร์มสองตัวและอะเดียแบทสองตัว รอบนี้เรียกว่า วงจรการ์โนต์.

ส่วนที่ 1-2: ก๊าซได้รับปริมาณความร้อน Q 1 จากเครื่องทำความร้อนและขยายตัวที่อุณหภูมิ T 1
ส่วนที่ 2-3: ก๊าซขยายตัวแบบอะเดียแบติก อุณหภูมิจะลดลงจนถึงอุณหภูมิตู้เย็น T 2
ส่วนที่ 3-4: ก๊าซถูกบีบอัดแบบคายความร้อนในขณะที่ให้ปริมาณความร้อนแก่ตู้เย็น Q 2
ส่วนที่ 4-1: ก๊าซถูกบีบอัดแบบอะเดียแบติกจนกระทั่งอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น T 1
งานที่ดำเนินการโดยหน่วยงานคือพื้นที่ของตัวเลขผลลัพธ์ 1234

เครื่องยนต์ดังกล่าวทำงานดังนี้:

1. ขั้นแรก กระบอกสูบจะสัมผัสกับอ่างเก็บน้ำร้อน และก๊าซในอุดมคติจะขยายตัวที่อุณหภูมิคงที่ ในระหว่างขั้นตอนนี้ ก๊าซจะได้รับความร้อนบางส่วนจากแหล่งกักเก็บความร้อน
2. จากนั้น กระบอกสูบจะถูกล้อมรอบด้วยฉนวนกันความร้อนที่สมบูรณ์แบบ โดยจะรักษาปริมาณความร้อนที่ก๊าซมีให้ไว้และก๊าซจะขยายตัวต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงเหลือเท่ากับปริมาณความร้อนที่กักเก็บความเย็น
3. ในระยะที่สามฉนวนกันความร้อนจะถูกลบออกและก๊าซในกระบอกสูบที่สัมผัสกับอ่างเก็บน้ำเย็นจะถูกบีบอัดในขณะที่ให้ความร้อนบางส่วนไปยังอ่างเก็บน้ำเย็น
4. เมื่อการบีบอัดถึงจุดหนึ่ง กระบอกสูบจะถูกล้อมรอบด้วยฉนวนกันความร้อนอีกครั้ง และก๊าซจะถูกบีบอัดโดยการยกลูกสูบขึ้นจนอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิของอ่างเก็บน้ำร้อน หลังจากนั้นฉนวนกันความร้อนจะถูกลบออกและวงจรจะทำซ้ำอีกครั้งตั้งแต่ระยะแรก

และสูตรที่มีประโยชน์

ปัญหาทางฟิสิกส์เกี่ยวกับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน

งานคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนหมายเลข1

สภาพ

น้ำที่มีน้ำหนัก 175 กรัมถูกทำให้ร้อนบนตะเกียงวิญญาณ ขณะที่น้ำอุ่นจาก t1=15 ถึง t2=75 องศาเซลเซียส น้ำหนักของโคมสปิริตลดลงจาก 163 เป็น 157 กรัม คำนวณประสิทธิภาพของการติดตั้ง

วิธีการแก้

ปัจจัยด้านประสิทธิภาพสามารถคำนวณได้จากอัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์และปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากตะเกียงแอลกอฮอล์:

งานที่มีประโยชน์ในกรณีนี้เทียบเท่ากับปริมาณความร้อนที่จ่ายเพื่อให้ความร้อนเท่านั้น สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรที่รู้จักกันดี:

เราคำนวณปริมาณความร้อนทั้งหมด โดยทราบมวลของแอลกอฮอล์ที่เผาไหม้และความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้

แทนค่าและคำนวณ:

ตอบ: 27%

งานคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนหมายเลข2

สภาพ

เครื่องยนต์เก่าทำงาน 220.8 MJ ในขณะที่ใช้น้ำมันเบนซิน 16 กิโลกรัม คำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์

วิธีการแก้

ค้นหาปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ผลิตโดยเครื่องยนต์:

หรือคูณด้วย 100 เราจะได้ค่าประสิทธิภาพเป็นเปอร์เซ็นต์:

ตอบ: 30%.

งานคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนหมายเลข3

สภาพ

เครื่องยนต์ทำความร้อนทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์ โดย 80% ของความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์จะถ่ายโอนไปยังตู้เย็น ในรอบเดียว สารทำงานจะได้รับความร้อน 6.3 J จากฮีตเตอร์ ค้นหาประสิทธิภาพการทำงานและวงจร

วิธีการแก้

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติ:

ตามเงื่อนไข:

เราคำนวณงานก่อนแล้วจึงคำนวณประสิทธิภาพ:

ตอบ:ยี่สิบ%; 1.26 จ

งานคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนหมายเลข4

สภาพ

แผนภาพแสดงวงจรเครื่องยนต์ดีเซลที่ประกอบด้วยอะเดียบัต 1–2 และ 3–4 ไอโซบาร์ 2–3 และไอโซคอร์ 4–1 อุณหภูมิของแก๊สที่จุด 1, 2, 3, 4 เท่ากับ T1 , T2 , T3 , T4 ตามลำดับ หาประสิทธิภาพของวงจร

วิธีการแก้

มาวิเคราะห์วงจรกัน แล้วประสิทธิภาพจะคำนวณจากปริมาณความร้อนที่จ่ายไปและเอาออก สำหรับอะเดียแบท จะไม่มีการจ่ายหรือนำความร้อนออก บน isobar 2 - 3 ความร้อนจะถูกจ่าย ปริมาตรจะเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย บน isochore 4 - 1 ความร้อนจะถูกลบออก ความดันและอุณหภูมิลดลง

ในทำนองเดียวกัน:

เราได้รับผลลัพธ์:

ตอบ:ดูด้านบน.

งานคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนหมายเลข 5

สภาพ

เครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์ทำงาน A = 2.94 kJ ในรอบเดียวและถ่ายโอนปริมาณความร้อน Q2 = 13.4 kJ ไปยังตัวทำความเย็นในรอบเดียว หาประสิทธิภาพของวงจร

วิธีการแก้

มาเขียนสูตรประสิทธิภาพกัน:

ตอบ: 18%

คำถามเกี่ยวกับเครื่องยนต์ความร้อน

คำถามที่ 1.เครื่องยนต์ความร้อนคืออะไร?

ตอบ.เครื่องยนต์ความร้อนเป็นเครื่องจักรที่ทำงานเนื่องจากพลังงานที่จ่ายไปในกระบวนการถ่ายเทความร้อน ส่วนประกอบหลักของเครื่องยนต์ความร้อน: ฮีตเตอร์ คูลเลอร์ และของเหลวทำงาน

คำถามที่ 2ให้ตัวอย่างเครื่องยนต์ความร้อน

ตอบ.เครื่องยนต์ความร้อนเครื่องแรกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือเครื่องยนต์ไอน้ำ ตัวอย่างของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทันสมัยคือ:

• เครื่องยนต์จรวด
• เครื่องยนต์อากาศยาน
• กังหันก๊าซ

คำถามที่ 3ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สามารถเท่ากับความสามัคคีได้หรือไม่?

ตอบ.เลขที่ ประสิทธิภาพมักจะน้อยกว่าหนึ่งเสมอ (หรือน้อยกว่า 100%) การมีอยู่ของเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพเท่ากับหนึ่งนั้นขัดแย้งกับกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จริงแทบไม่เกิน 30%

คำถามที่ 4ประสิทธิภาพคืออะไร?

ตอบ.ประสิทธิภาพ (สัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ) - อัตราส่วนของงานที่เครื่องยนต์ทำกับปริมาณความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์

คำถามที่ 5.ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้เชื้อเพลิงคืออะไร?

ตอบ.ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้ q- ปริมาณทางกายภาพที่แสดงปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัม เมื่อแก้ปัญหา ประสิทธิภาพสามารถกำหนดได้จากกำลังเครื่องยนต์ N และปริมาณเชื้อเพลิงที่เผาผลาญต่อหน่วยเวลา

ปัญหาและคำถามเกี่ยวกับวงจรการ์โนต์

เมื่อสัมผัสกับหัวข้อของเครื่องยนต์ความร้อนแล้ว เป็นไปไม่ได้ที่จะละวงจรการ์โนต์ทิ้งไป - อาจเป็นวัฏจักรที่มีชื่อเสียงที่สุดของเครื่องยนต์ความร้อนในวิชาฟิสิกส์ ต่อไปนี้คือปัญหาและคำถามเพิ่มเติมเกี่ยวกับวงจร Carnot พร้อมวิธีแก้ไข

วงจรการ์โนต์ (หรือกระบวนการ) เป็นวัฏจักรวงกลมในอุดมคติที่ประกอบด้วยอะเดียบัตสองตัวและไอโซเทอร์มสองตัว ได้รับการตั้งชื่อตามวิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot ผู้บรรยายวัฏจักรนี้ในงานทางวิทยาศาสตร์ของเขาว่า "เกี่ยวกับแรงขับเคลื่อนของไฟและเครื่องจักรที่สามารถพัฒนากำลังนี้" (1894)

ปัญหาวงจรการ์โนต์ #1

สภาพ

เครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติที่ทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์ทำงาน A \u003d 73.5 kJ ในรอบเดียว อุณหภูมิฮีตเตอร์ t1 = 100 ° C อุณหภูมิตู้เย็น t2 = 0 ° C หาประสิทธิภาพของวงจร ปริมาณความร้อนที่เครื่องได้รับในรอบเดียวจากฮีตเตอร์ และปริมาณความร้อนที่ส่งไปยังตู้เย็นในรอบเดียว

วิธีการแก้

คำนวณประสิทธิภาพของวงจร:

ในทางกลับกัน เพื่อหาปริมาณความร้อนที่เครื่องได้รับ เราใช้ความสัมพันธ์:

ปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับตู้เย็นจะเท่ากับผลต่างระหว่างปริมาณความร้อนทั้งหมดกับงานที่มีประโยชน์:

ตอบ: 0.36; 204.1 กิโลจูล; 130.6 กิโลจูล

ปัญหาของวงจรการ์โนต์ №2

สภาพ

เครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติที่ทำงานตามวงจรคาร์โนต์จะทำงาน A = 2.94 kJ ในรอบเดียวและให้ปริมาณความร้อน Q2 = 13.4 kJ แก่ตู้เย็นในรอบเดียว หาประสิทธิภาพของวงจร

วิธีการแก้

สูตรประสิทธิภาพของวงจรการ์โนต์:

A คืองานที่ทำเสร็จแล้ว และ Q1 คือปริมาณความร้อนที่ต้องทำ ปริมาณความร้อนที่เครื่องในอุดมคติส่งไปยังตู้เย็นจะเท่ากับความแตกต่างระหว่างปริมาณทั้งสองนี้ เมื่อรู้สิ่งนี้เราพบว่า:

ตอบ: 17%.

ปัญหาของวงจรการ์โนต์ №3

สภาพ

วาดวงจรการ์โนต์บนไดอะแกรมแล้วอธิบาย

วิธีการแก้

วงจร Carnot บนไดอะแกรม PV มีลักษณะดังนี้:

• 1-2. การขยายตัวของไอโซเทอร์มอล สารทำงานได้รับปริมาณความร้อน q1 จากฮีตเตอร์
• 2-3. การขยายตัวแบบอะเดียแบติกไม่มีการป้อนความร้อน
• 3-4. การบีบอัดไอโซเทอร์มอลระหว่างที่ความร้อนถูกถ่ายเทไปยังตู้เย็น
• 4-1. การบีบอัดแบบอะเดียแบติก

ตอบ:ดูด้านบน.

คำถามเกี่ยวกับวงจรการ์โนต์หมายเลข 1

กำหนดทฤษฎีบทการ์โนต์แรก

ตอบ.ทฤษฎีบทคาร์โนต์แรกกล่าวไว้ว่า ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นเท่านั้น แต่ไม่ขึ้นกับการออกแบบเครื่อง หรือประเภทหรือคุณสมบัติของของเหลวที่ใช้ทำงาน .

คำถามเกี่ยวกับวงจรการ์โนต์ №2

ประสิทธิภาพในวงจรการ์โนต์สามารถเป็น 100% ได้หรือไม่?

ตอบ.เลขที่ ประสิทธิภาพของวงจรคาร์โนต์จะเท่ากับ 100% เฉพาะในกรณีที่อุณหภูมิของตู้เย็นเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์เท่านั้น และเป็นไปไม่ได้

หากคุณมีคำถามเกี่ยวกับเครื่องยนต์ความร้อนและวงจร Carnot อย่าลังเลที่จะถามพวกเขาในความคิดเห็น และหากต้องการความช่วยเหลือในการแก้ปัญหาหรือตัวอย่างและงานอื่นๆ โปรดติดต่อ

ความเป็นจริงสมัยใหม่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนอย่างกว้างขวาง ความพยายามหลายครั้งที่จะแทนที่พวกเขาด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าล้มเหลวจนถึงขณะนี้ ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของไฟฟ้าในระบบอัตโนมัติจะแก้ไขได้ยากมาก

ปัญหาของเทคโนโลยีในการผลิตเครื่องสะสมพลังงานไฟฟ้ายังคงมีความเกี่ยวข้องโดยคำนึงถึงการใช้งานในระยะยาว ลักษณะความเร็วของรถยนต์ไฟฟ้านั้นยังห่างไกลจากลักษณะความเร็วของรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน

ก้าวแรกสู่การสร้างเครื่องยนต์ไฮบริดสามารถลดการปล่อยมลพิษในเมืองใหญ่ได้อย่างมาก และสามารถแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมได้

เกร็ดประวัติศาสตร์

ความเป็นไปได้ของการแปลงพลังงานไอน้ำเป็นพลังงานเคลื่อนที่เป็นที่รู้จักในสมัยโบราณ 130 ปีก่อนคริสตกาล: ปราชญ์นกกระสาแห่งอเล็กซานเดรียนำเสนอของเล่นไอน้ำแก่ผู้ชม - aeolipil ทรงกลมที่เต็มไปด้วยไอน้ำเริ่มหมุนภายใต้การกระทำของไอพ่นที่เล็ดลอดออกมาจากมัน ต้นแบบของกังหันไอน้ำสมัยใหม่นี้ไม่พบการใช้งานในสมัยนั้น

เป็นเวลาหลายปีและหลายศตวรรษการพัฒนาของปราชญ์ถือเป็นเพียงของเล่นที่สนุก ในปี ค.ศ. 1629 ชาวอิตาลี D. Branchi ได้สร้างกังหันที่ใช้งานอยู่ ไอน้ำเคลื่อนที่เป็นดิสก์ที่ติดตั้งใบมีด

จากช่วงเวลานั้นเป็นต้นมาการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเครื่องจักรไอน้ำ

เครื่องยนต์ความร้อน

การแปลงเชื้อเพลิงเป็นพลังงานสำหรับการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนเครื่องจักรและกลไกที่ใช้ในเครื่องยนต์ความร้อน

ส่วนประกอบหลักของเครื่องจักร: เครื่องทำความร้อน (ระบบรับพลังงานจากภายนอก), สารทำงาน (ทำหน้าที่ที่มีประโยชน์), ตู้เย็น

เครื่องทำความร้อนได้รับการออกแบบมาเพื่อให้แน่ใจว่าของเหลวทำงานสะสมพลังงานภายในเพียงพอเพื่อทำงานที่มีประโยชน์ ตู้เย็นขจัดพลังงานส่วนเกิน

ลักษณะสำคัญของประสิทธิภาพเรียกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ค่านี้แสดงส่วนใดของพลังงานที่ใช้ในการทำความร้อนที่ใช้ไปกับการทำงานที่มีประโยชน์ ยิ่งประสิทธิภาพสูงเท่าไหร่การทำงานของเครื่องก็ยิ่งทำกำไรได้มากเท่านั้น แต่ค่านี้ต้องไม่เกิน 100%

การคำนวณประสิทธิภาพ

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:

• ประสิทธิภาพต้องไม่เกิน 1 (หรือ 100%)
• เพื่อเพิ่มมูลค่านี้ให้สูงสุด จำเป็นต้องเพิ่มพลังงานที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อนหรือลดพลังงานที่จ่ายให้กับตู้เย็น
• การเพิ่มพลังงานของเครื่องทำความร้อนทำได้โดยการเปลี่ยนคุณภาพของเชื้อเพลิง
• ลดพลังงานที่จ่ายให้กับตู้เย็นทำให้สามารถบรรลุคุณสมบัติการออกแบบของเครื่องยนต์ได้

เครื่องยนต์ทำความร้อนในอุดมคติ

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

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 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.

เงื่อนไขที่แท้จริง

เครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงกระบวนการในอุดมคติ งานเสร็จสิ้นในกระบวนการไอโซเทอร์มอลเท่านั้น ค่าของงานถูกกำหนดให้เป็นพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยกราฟวงจรคาร์โนต์

ในความเป็นจริง เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเงื่อนไขสำหรับกระบวนการเปลี่ยนสถานะของก๊าซโดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ไม่มีวัสดุใดที่จะไม่รวมการแลกเปลี่ยนความร้อนกับวัตถุรอบข้าง กระบวนการอะเดียแบติกไม่สามารถทำได้อีกต่อไป ในกรณีของการถ่ายเทความร้อน อุณหภูมิของก๊าซจะต้องเปลี่ยนแปลง

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่สร้างขึ้นในสภาพจริงแตกต่างอย่างมากจากประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ในอุดมคติ โปรดทราบว่ากระบวนการในเครื่องยนต์จริงนั้นรวดเร็วมากจนการแปรผันของพลังงานความร้อนภายในของสารทำงานในกระบวนการเปลี่ยนปริมาตรนั้นไม่สามารถชดเชยได้ด้วยความร้อนที่ไหลเข้ามาจากฮีตเตอร์และกลับสู่ตัวทำความเย็น

เครื่องยนต์ทำความร้อนอื่นๆ

เครื่องยนต์จริงทำงานในรอบต่างๆ:

• อ็อตโตไซเคิล: กระบวนการที่ปริมาตรคงที่จะเปลี่ยนแบบอะเดียแบติกทำให้เกิดวัฏจักรปิด
• รอบดีเซล: isobar, adiabat, isochor, adiabat;
• กระบวนการที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่จะถูกแทนที่ด้วยอะเดียแบติกซึ่งปิดวงจร

เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างกระบวนการสมดุลในเครื่องยนต์จริง (เพื่อให้เข้าใกล้อุดมคติมากขึ้น) ภายใต้เงื่อนไขของเทคโนโลยีสมัยใหม่ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ระบายความร้อนนั้นต่ำกว่ามาก แม้จะพิจารณาถึงระบบอุณหภูมิที่เหมือนกันกับการติดตั้งระบบระบายความร้อนในอุดมคติ

แต่ไม่ควรลดบทบาทของสูตรคำนวณประสิทธิภาพ เนื่องจากเป็นจุดเริ่มต้นในกระบวนการทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จริง

วิธีเปลี่ยนประสิทธิภาพ

เมื่อเปรียบเทียบเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติกับเครื่องยนต์ความร้อนจริง ควรสังเกตว่าอุณหภูมิของตู้เย็นของตู้เย็นไม่สามารถเป็นได้ โดยปกติบรรยากาศจะถือว่าเป็นตู้เย็น อุณหภูมิของบรรยากาศสามารถทำได้ในการคำนวณโดยประมาณเท่านั้น ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของสารหล่อเย็นเท่ากับอุณหภูมิของก๊าซไอเสียในเครื่องยนต์ เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ตัวย่อของเครื่องยนต์สันดาปภายใน)

ICE เป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่พบมากที่สุดในโลกของเรา ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในกรณีนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเครื่องยนต์สันดาปภายในและเครื่องยนต์ไอน้ำคือการรวมฟังก์ชั่นของฮีตเตอร์กับของเหลวในการทำงานของอุปกรณ์ในส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิง การเผาไหม้ ส่วนผสมจะสร้างแรงกดดันต่อชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องยนต์

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของก๊าซทำงานทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเชื้อเพลิงอย่างมีนัยสำคัญ ขออภัย ไม่สามารถทำสิ่งนี้ได้โดยไม่มีกำหนด วัสดุใดๆ ที่สร้างห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จะมีจุดหลอมเหลวของตัวเอง ความต้านทานความร้อนของวัสดุดังกล่าวเป็นคุณสมบัติหลักของเครื่องยนต์รวมถึงความสามารถในการส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพ

ค่าประสิทธิภาพของมอเตอร์

หากเราพิจารณาอุณหภูมิของไอน้ำทำงานที่ทางเข้าซึ่งเท่ากับ 800 K และก๊าซไอเสียคือ 300 K แสดงว่าประสิทธิภาพของเครื่องนี้คือ 62% ในความเป็นจริง ค่านี้ไม่เกิน 40% การลดลงดังกล่าวเกิดขึ้นเนื่องจากการสูญเสียความร้อนในระหว่างการทำความร้อนของปลอกกังหัน

ค่าสูงสุดของการเผาไหม้ภายในไม่เกิน 44% การเพิ่มมูลค่านี้เป็นเรื่องของอนาคตอันใกล้ การเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุ เชื้อเพลิงเป็นปัญหาที่จิตใจที่ดีที่สุดของมนุษย์กำลังดำเนินการอยู่

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

ฟิสิกส์ ป.10

บทที่ 25 ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน

รายการคำถามที่พิจารณาในบทเรียน:

1) แนวคิดของเครื่องยนต์ความร้อน

2) อุปกรณ์และหลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน

3) ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน

4) วงจรการ์โนต์

อภิธานศัพท์ที่เกี่ยวข้อง

เครื่องยนต์ทำความร้อน -อุปกรณ์ที่พลังงานภายในของเชื้อเพลิงถูกแปลงเป็นพลังงานกล

ประสิทธิภาพ (สัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ) คืออัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ที่ทำโดยเครื่องยนต์นี้ต่อปริมาณความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์

เครื่องยนต์สันดาปภายใน- เครื่องยนต์ที่เชื้อเพลิงเผาไหม้โดยตรงในห้องทำงาน (ภายใน) ของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์เจ็ท- เครื่องยนต์ที่สร้างแรงฉุดที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวโดยแปลงพลังงานภายในของเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานจลน์ของกระแสเจ็ตของของไหลทำงาน

วงจรการ์โนต์เป็นกระบวนการวงกลมในอุดมคติที่ประกอบด้วยกระบวนการอะเดียแบติกสองกระบวนการและสองกระบวนการไอโซเทอร์มอล

เครื่องทำความร้อน- อุปกรณ์ที่ร่างกายทำงานได้รับพลังงานซึ่งส่วนหนึ่งใช้ในการทำงาน

ตู้เย็น- ร่างกายที่ดูดซับพลังงานส่วนหนึ่งของของไหลทำงาน (สภาพแวดล้อมหรืออุปกรณ์พิเศษสำหรับระบายความร้อนและควบแน่นไอน้ำไอเสียเช่นคอนเดนเซอร์)

ร่างกายทำงาน- ร่างกายที่เมื่อขยายตัวทำงาน (เป็นก๊าซหรือไอน้ำ)

วรรณกรรมพื้นฐานและเพิ่มเติมในหัวข้อของบทเรียน:

1. Myakishev G.Ya. , Bukhovtsev B.B. , Sotsky N.N. ฟิสิกส์ ป.10 ตำราสำหรับองค์กรการศึกษาทั่วไป ม.: การศึกษา, 2017. - ส. 269 - 273.

2. Rymkevich A.P. รวบรวมปัญหาทางฟิสิกส์ ชั้น 10-11 -ม.: ไอ้บ้า, 2014. - ส. 87 - 88.

เปิดแหล่งข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ในหัวข้อบทเรียน

วัสดุเชิงทฤษฎีเพื่อการศึกษาด้วยตนเอง

เรื่องเล่าและตำนานของประเทศต่างๆ เป็นพยานว่าผู้คนใฝ่ฝันที่จะย้ายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งอย่างรวดเร็วหรือทำสิ่งนี้หรืองานนั้นอย่างรวดเร็ว เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่สามารถทำงานได้หรือเคลื่อนย้ายในอวกาศ จากการสังเกตโลกรอบตัวพวกเขา นักประดิษฐ์ได้ข้อสรุปว่าเพื่อที่จะอำนวยความสะดวกแรงงานและเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว จำเป็นต้องใช้พลังงานของร่างกายอื่น ๆ เช่น น้ำ ลม ฯลฯ เป็นไปได้ไหมที่จะใช้พลังงานภายในของดินปืนหรือเชื้อเพลิงประเภทอื่นเพื่อจุดประสงค์ของคุณเอง? ถ้าเราเอาหลอดทดลอง เทน้ำลงไป ปิดด้วยจุกปิด และทำให้ร้อน เมื่อถูกความร้อน น้ำจะเดือด และไอน้ำที่เกิดขึ้นจะดันจุกก๊อกออก ไอน้ำขยายตัวและทำงาน ในตัวอย่างนี้ เราจะเห็นว่าพลังงานภายในของเชื้อเพลิงถูกแปลงเป็นพลังงานกลของปลั๊กเคลื่อนที่ เมื่อเปลี่ยนจุกไม้ก๊อกด้วยลูกสูบที่สามารถเคลื่อนที่ได้ภายในท่อ และตัวท่อเองด้วยกระบอกสูบ เราจะได้เครื่องยนต์ความร้อนที่ง่ายที่สุด

เครื่องยนต์ทำความร้อน -เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่พลังงานภายในของเชื้อเพลิงถูกแปลงเป็นพลังงานกล

ระลึกถึงโครงสร้างของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ง่ายที่สุด เครื่องยนต์สันดาปภายในประกอบด้วยกระบอกสูบภายในซึ่งลูกสูบเคลื่อนที่ ลูกสูบเชื่อมต่อกับเพลาข้อเหวี่ยงโดยใช้ก้านสูบ มีสองวาล์วที่ด้านบนของแต่ละกระบอกสูบ วาล์วตัวหนึ่งเรียกว่าทางเข้าและอีกตัวหนึ่งเรียกว่าทางออก เพื่อให้แน่ใจว่าได้จังหวะลูกสูบที่ราบรื่น ล้อช่วยแรงจะติดตั้งอยู่บนเพลาข้อเหวี่ยง

วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในประกอบด้วยสี่รอบ: ไอดี, การบีบอัด, จังหวะกำลัง, ไอเสีย

ในช่วงจังหวะแรก วาล์วไอดีจะเปิดในขณะที่วาล์วไอเสียยังคงปิดอยู่ ลูกสูบเคลื่อนที่ลงจะดูดส่วนผสมที่ติดไฟได้เข้าไปในกระบอกสูบ

ในจังหวะที่สอง วาล์วทั้งสองจะปิด ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนจะบีบอัดส่วนผสมที่ติดไฟได้ ซึ่งจะร้อนขึ้นในระหว่างการอัด

ในจังหวะที่สาม เมื่อลูกสูบอยู่ในตำแหน่งบน ส่วนผสมจะถูกจุดด้วยประกายไฟฟ้าของเทียนไข ส่วนผสมที่จุดไฟก่อให้เกิดก๊าซร้อนซึ่งมีความดัน 3-6 MPa และอุณหภูมิถึง 1600-2200 องศา แรงดันดันลูกสูบลงซึ่งการเคลื่อนที่จะถูกส่งไปยังเพลาข้อเหวี่ยงด้วยมู่เล่ เมื่อได้รับแรงผลักดัน มู่เล่จะหมุนต่อไปด้วยความเฉื่อย เพื่อให้แน่ใจว่าลูกสูบเคลื่อนที่ในจังหวะต่อมา ในระหว่างจังหวะนี้ วาล์วทั้งสองจะยังคงปิดอยู่

ในจังหวะที่สี่ วาล์วไอเสียจะเปิดออกและก๊าซไอเสียจะถูกผลักออกโดยลูกสูบเคลื่อนที่ผ่านท่อไอเสีย (ไม่แสดงในรูป) สู่บรรยากาศ

เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ ประกอบด้วยสามองค์ประกอบหลัก: เครื่องทำความร้อน, ของเหลวทำงาน, ตู้เย็น

เพื่อกำหนดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน แนวคิดของประสิทธิภาพจึงถูกนำมาใช้

ประสิทธิภาพคืออัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ที่ทำโดยเครื่องยนต์ที่กำหนดต่อปริมาณความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์

Q 1 - ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากการให้ความร้อน

คำถามที่ 2 - ปริมาณความร้อนที่ให้กับตู้เย็น

คืองานที่ทำโดยเครื่องยนต์ต่อรอบ

ประสิทธิภาพนี้เป็นของจริง กล่าวคือ เพียงสูตรนี้ใช้เพื่อกำหนดลักษณะของเครื่องยนต์ความร้อนจริง

เมื่อทราบกำลัง N และเวลาทำงาน t ของเครื่องยนต์ สามารถค้นหางานที่ทำต่อรอบได้จากสูตร

การถ่ายโอนพลังงานส่วนที่ไม่ได้ใช้ไปยังตู้เย็น.

ในศตวรรษที่ 19 อันเป็นผลมาจากงานวิศวกรรมความร้อน Sadi Carnot วิศวกรชาวฝรั่งเศสได้เสนอวิธีอื่นในการกำหนดประสิทธิภาพ (ผ่านอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์)

ความหมายหลักของสูตรนี้คือ เครื่องยนต์ความร้อนจริงใดๆ ที่ทำงานด้วยเครื่องทำความร้อนที่อุณหภูมิ T 1 และตู้เย็นที่อุณหภูมิ T 2 ไม่สามารถมีประสิทธิภาพที่เกินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้ Sadi Carnot ค้นหาว่ากระบวนการปิดเครื่องยนต์ความร้อนจะมีประสิทธิภาพสูงสุด เสนอโดยใช้วัฏจักรที่ประกอบด้วย 2 กระบวนการอะเดียแบติกและ 2 กระบวนการไอโซเทอร์มอล

วัฏจักรการ์โนต์เป็นวัฏจักรที่มีประสิทธิภาพสูงสุดและมีประสิทธิภาพสูงสุด

ไม่มีฮีทเอ็นจิ้นที่มีประสิทธิภาพ 100% หรือ 1

สูตรนี้ให้ขีด จำกัด ทางทฤษฎีสำหรับค่าสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน แสดงว่าฮีทเอ็นจิ้นมีประสิทธิภาพมากกว่า อุณหภูมิของฮีทเตอร์ยิ่งสูงขึ้น และอุณหภูมิของตู้เย็นยิ่งต่ำลง เฉพาะเมื่ออุณหภูมิตู้เย็นเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์ η = 1

แต่อุณหภูมิของตู้เย็นในทางปฏิบัติต้องไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อม คุณสามารถเพิ่มอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนได้ อย่างไรก็ตาม วัสดุใดๆ (ของแข็ง) มีความต้านทานความร้อนหรือความต้านทานความร้อนจำกัด เมื่อถูกความร้อน มันจะค่อยๆ สูญเสียคุณสมบัติความยืดหยุ่น และหลอมละลายที่อุณหภูมิสูงพอสมควร

ตอนนี้ความพยายามหลักของวิศวกรมีเป้าหมายที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยการลดแรงเสียดทานของชิ้นส่วน การสูญเสียเชื้อเพลิงเนื่องจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ฯลฯ โอกาสที่แท้จริงในการเพิ่มประสิทธิภาพยังคงมีอยู่มากที่นี่

การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ให้ความร้อนและเข้าใกล้ระดับสูงสุดที่เป็นไปได้คือความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด

เครื่องยนต์ความร้อน - กังหันไอน้ำยังได้รับการติดตั้งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งเพื่อผลิตไอน้ำที่อุณหภูมิสูง การขนส่งสมัยใหม่ทุกประเภทหลักส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์ความร้อน: ในรถยนต์ - เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ บนน้ำ - เครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันไอน้ำ บนรถไฟ - ระเนระนาดที่มีการติดตั้งดีเซล ในการบิน - เครื่องยนต์ลูกสูบ, เทอร์โบเจ็ทและเจ็ท

มาเปรียบเทียบลักษณะสมรรถนะของเครื่องยนต์ความร้อนกัน

เครื่องยนต์ไอน้ำ - 8%

กังหันไอน้ำ - 40%

กังหันแก๊ส - 25-30%

เครื่องยนต์สันดาปภายใน - 18-24%

เครื่องยนต์ดีเซล - 40–44%

เครื่องยนต์เจ็ท - 25%

การใช้เครื่องยนต์ความร้อนอย่างแพร่หลายไม่ได้ผ่านไปอย่างไร้ร่องรอยสำหรับสิ่งแวดล้อม: ปริมาณออกซิเจนค่อยๆลดลงและปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเพิ่มขึ้น อากาศมีมลพิษด้วยสารเคมีที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ มีภัยคุกคามจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ดังนั้น การหาวิธีลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมจึงเป็นหนึ่งในปัญหาทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่เร่งด่วนที่สุดในปัจจุบัน

ตัวอย่างและการวิเคราะห์การแก้ปัญหา

1 . เครื่องยนต์ของรถยนต์ใช้กำลังเฉลี่ยที่ความเร็ว 180 กม./ชม. ปริมาณการใช้น้ำมันเบนซิน 15 ลิตรต่อ 100 กิโลเมตร และประสิทธิภาพของเครื่องยนต์อยู่ที่ 25%

บ้าน » ระบบทำความร้อน » เครื่องยนต์ความร้อนประเภทประสิทธิภาพเชิงความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน - สูตร อะไรคือประสิทธิภาพที่แท้จริงของเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ