WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Теплові машини - Реферат

Теплові машини - Реферат

двигуна Карно можна записати у виді:
=1- QL / QH =1- TL/TH (8)
Карно сформулював наступну теорему ( щоє ще одним формулюванням другого початку термодинаміки):
Всі оборотні двигуни, що працюють між двома термостатами, мають той самий ККД; жоден необоротний двигун, що працює междц тими ж термостатами, не може мати більш високого ККД.
Ця теорема визначає максиммально можливий ККД для будь-якого необоротних (реального) двигуна.
Розглянемо ідеальний цикл використовуваний у двигунах внутрішнього згоряння, так називаний цикл Отто (мал. 6).
У цьому циклі стиск і розширення суміші відбувається адиабатически, а нагрівання й охолодження здійснюється при постійному обсязі. На малюнку 9 дана діаграма ідеального циклу швидкого згоряння: 1-2 - адіабата стиску, 2-3 -нагрівання суміші при V=const (згоряння суміші), 3-4 адіабата розширення, 4-1 - охолодження суміші при V=const (вихлоп).
ККД ідеального двигуна побудованого на основі циклу Отто розраховується аналогічно. Однак, у реальних двигунах ККД завжди трохи нижче, ніж ККД ідеального двигуна. Цьому сприяють 5 основних причин:
1. У дійсному циклі робоче тіло зі змінює свій хімічний склад протягом процесу згоряння.
2. Процеси стиску і розширення не йдуть адиабатически, а протікають, супроводжуючи теплообміном зі стінками циліндра. Явище теплообміну зі стінками циліндра має місце також і в процесі згоряння.
3. Процес згоряння не відбувається при постійному обсязі, а починається в крапці 2' (мал. 10) і кінчається після крапки 3. У процесі згоряння тепло виходить не ззовні, а за рахунок зміни хімічного складу робочого тіла. Хімічна реакція згоряння не встигає закінчитися цілком на лінії згоряння (2-3), а продовжується протягом процесу розширення аж до моменту вихлопу.
4. Процес охолодження робочого тіла в дійсності заміняється вихлопом і виштовхуванням відпрацьованих газів і наступним засмоктуванням робочої суміші (лінія 4'-4-5-1).
5. Процес усмоктування закінчується пізніше крапки 1 (у крапці 1') так, що від крапки 4' до 1' у циліндрі знаходиться не постійна кількість робочого тіла.
ККД теплових двигунів і другий початок термодинаміки.
ККД теплової машини визначається наступною формулою:
=W/ QH (5)
, де W - корисна робота зроблена цією машиною, QH - теплота повідомлена цій машині (Q узято під знак модуля, у зв'язку з тим, що тепловий потік може мати різний напрямок).
За законом збереження енергії одержуємо співвідношення:
QH =W+ QL
, де QL - кількість теплоти відводиться при низькій температурі.
Таким чином, W= QH - QL , і ККД двигуна можна записати у виді:
З цього співвідношення видно, що чим більше буде ККД двигуна, тим менше буде теплота QL . Однак досвід показав, що величину QL неможливо зменшити до нуля. Якби це було здійсненно, то ми одержали би двигун із ККД 100%. Те, що такий ідеальний двигун, що безупинно робить робітники цикли, неможливий, складає зміст ще одного формулювання другого початку термодинаміки:
Неможливий такий процес, єдиним результатом, якого було би перетворення відібраної в джерела теплоти Q, при незмінній температурі, цілком у роботу W, так, що W=Q.
Ця твердження відоме як формулювання другого початку термодинаміки Кельвін-Планка.
Існує також аналогічне твердження щодо холодильника, висловлене Клаузісом:
Неможливо здійснити періодичний процес, єдиним результатом, якого був би добір теплоти в однієї системи при даній температурі і передача в точності такої ж кількості теплоти іншій системі при більш високій температурі.
Рівняння Ван-дер-Ваальса.
У реальних теплових двигунах використовуються реальні гази. Як було замічене поводження їх помітне відхиляється, наприклад, при високому тиску, від поводження ідеального газу. Ян Д. Ван-дер-Ваальс (1837-1923) досліджував цю проблему з погляду МКТ і в 1873 році одержав рівняння більш що точно описує поводження реальних газів. Свій аналіз він засновував на МКТ, але при цьому враховував:
A. Усі молекули мають кінцеві розміри (класична МКТ ними нехтує)
B. Молекули взаємодіють один з одним увесь час, а не тільки під час зіткнень.
Припустимо, що молекули газу являють собою шарики з радіусом r. Якщо вважати, що такі молекули поводяться подібно твердим сферам, то дві молекули будуть зіштовхуватися і розлітатися в різні сторони при відстані між центрами рівним 2r. Таким чином, реальний обсяг, у якому можуть рухатися молекули трохи менше, ніж обсяг V судини утримуючого газ. Величина цього "недоступного обсягу" залежить від обсягу молекул газу і від кількості цих молекул. Нехай b являє собою "недоступний обсяг" у розрахунку на один моль газу. Тоді в рівнянні стану ідеального газу потрібно замінити V на V-nb, де n - число молів газу, і ми одержимо:
P(V-nb)=nRT
Якщо розділити це вираження на n і вважати, що величина v==V/n є обсягом, що зайнятий одним молем газу (v - питомий обсяг), то одержимо:
P(v-b)=RT (9)
Це співвідношення показує, що при даній температурі тиск
P=RT/(v-b)
буде більше, ніж в ідеальному газі. Це відбувається тому, що зменшення обсягу означає, що число зіткнень зі стінками зростає.
Варто врахувати гравітаційна взаємодія між молекулами, рівне:
F~m1m2
, де m1 і m2 - маси молекул.
Усередині газу сили притягання діють на молекулу у всіх напрямках. Однак на молекулу, що знаходиться на краю газу діє результуюча сила, спрямована усередину. Молекули, що направляються до стінки судини, сповільнюються цією спрямованою результуючою силою і, таким чином, діють на стінку з меншою силою; отже, ці молекули створюють менший тиск, чим у тому випадку, коли сили притягання відсутні. Зменшений тиск буде пропорційно числу молекул, що приходяться на одиниця об'єму в поверхневому шарі газу, а також числу молекул у наступному шарі газу, що створює спрямовану усередину силу. Тому можна екати, що тиск зменшиться на величину пропорційну (N/V)2. Оскільки N=nNA можна записати (N/V)2=( nNA/V)2= NA2/v2; отже, тиск зменшиться на величину пропорційну 1/v2. Якщо для визначення тиску використовується вираження (9), то одержуваний тиск потрібно зменшити на величину a/v2, де a - коефіцієнт пропорційності.
Таким чином, ми маємо:
Чи
(P + )(v - b) = RT
Це і є рівняння Ван-дер-Ваальса. Де a і b - для різних газів різні і визначаються шляхом припасування для кожного конкретного газу. Варто помітити, що при низької щільності газу рівняння Ван-дер-Ваальса зводиться до рівняння стану ідеального газу.
Однак ні рівняння Ван-дер-Ваальса, ні яке інше рівняння стану, що було запропоновано, не виконуються точно для всіх газів при будь-яких умовах. Але проте це рівняння дуже корисне, і, оскільки воно досить точно визначає поводження газу, його висновок дозволяє глибше проникнути в природу газів намікроскопічному рівні.
Список літератури:
1. Д. Джаконли "ФІЗИКА", I том, Москва "МИР", 1989 р.
Douglas C. Gianconli, "General Physics", Prentice-Hall, Inc., 1984
2. Кл. Э. Суарц "Незвичайна фізика звичайних явищ", I том, Москва"НАУКА, головна редакція фізико-математичної літератури, 1986.
Loading...

 
 

Цікаве