Keresse meg a hőmotor hatásfokát. A hőmotor működési elve

A Carnot által kapott (5.12.2) képlet fő jelentősége egy ideális gép hatásfokára nézve az, hogy meghatározza bármely hőgép lehetséges maximális hatásfokát.

Carnot a termodinamika második főtétele* alapján bebizonyította a következő tételt: bármely valódi hőmotor, amely hőmérséklet-fűtővel működikT 1 és a hűtőszekrény hőmérsékleteT 2 , nem lehet olyan hatásfoka, amely meghaladja az ideális hőmotor hatásfokát.

* Carnot valójában Clausius és Kelvin előtt állapította meg a termodinamika második főtételét, amikor a termodinamika első főtétele még nem volt szigorúan megfogalmazva.

Nézzünk először egy hőmotort, amely reverzibilis ciklusban működik valódi gázzal. A ciklus bármi lehet, csak az a fontos, hogy a fűtőtest és a hűtőszekrény hőmérséklete megfelelő legyen T 1 És T 2 .

Tegyük fel, hogy egy másik (nem a Carnot-ciklus szerint működő) hőgép hatásfoka η ’ > η . A gépek közös fűtéssel és közös hűtővel működnek. Hagyja, hogy a Carnot gép fordított ciklusban működjön (mint egy hűtőgép), és hagyja, hogy a másik gép előremenő ciklusban működjön (5.18. ábra). A hőmotor az (5.12.3) és (5.12.5) képleteknek megfelelően a következőképpen működik:

A hűtőgépet mindig úgy lehet megtervezni, hogy a hűtőből vegye át a hőmennyiséget K 2 = ||

Ezután az (5.12.7) képlet szerint el kell végezni a munkát

(5.12.12)

Mivel η" > η feltétellel , Hogy A" > A. Ezért egy hőmotor meg tud hajtani egy hűtőgépet, és így is marad többletmunka. Ezt a többletmunkát egy forrásból vett hő végzi. Hiszen a hő nem kerül át a hűtőszekrénybe, ha két gép egyszerre működik. Ez azonban ellentmond a termodinamika második főtételének.

Ha feltételezzük, hogy η > η ", akkor egy másik gépet hátramenetben, egy Carnot gépet pedig előremenő ciklusban dolgozhat. Ismét ellentmondásba fogunk jutni a termodinamika második főtételével. Ebből következően két, reverzibilis cikluson működő gép hatásfoka azonos: η " = η .

Más kérdés, ha a második gép visszafordíthatatlan ciklusban működik. Ha η-t feltételezünk " > η , akkor ismét ellentmondásba kerülünk a termodinamika második főtételével. Azonban a t|"< г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η" ≤ η vagy

Ez a fő eredmény:

(5.12.13)

Valódi hőmotorok hatékonysága

Az (5.12.13) képlet megadja a hőgépek maximális hatásfokának elméleti határát. Ez azt mutatja, hogy minél magasabb a fűtőelem és minél alacsonyabb a hűtőszekrény hőmérséklete, annál hatékonyabb a hőmotor. Csak abszolút nullával egyenlő hűtőszekrény hőmérsékleten η = 1.

De a hűtőszekrény hőmérséklete gyakorlatilag nem lehet sokkal alacsonyabb, mint a környezeti hőmérséklet. Növelheti a fűtőelem hőmérsékletét. Azonban minden anyag (szilárd test) korlátozott hőállósággal vagy hőállósággal rendelkezik. Melegítéskor fokozatosan elveszíti rugalmas tulajdonságait, és kellően magas hőmérsékleten megolvad.

Most a mérnökök fő erőfeszítései a motorok hatásfokának növelésére irányulnak az alkatrészeik súrlódásának, a tökéletlen égésből adódó üzemanyag-veszteségnek stb. csökkentésével. A hatékonyság növelésének valódi lehetőségei még mindig nagyok. Így egy gőzturbina esetében a kezdeti és a végső gőzhőmérséklet körülbelül a következő: T 1 = 800 K és T 2 = 300 K. Ezen a hőmérsékleten a maximális hatásfok:

A különféle energiaveszteségek miatti tényleges hatásfok körülbelül 40%. A maximális hatásfokot - mintegy 44%-ot - belső égésű motorok érik el.

Egy hőmotor hatásfoka nem haladhatja meg a lehetséges maximális értéket
, ahol T 1 - a fűtőelem abszolút hőmérséklete, és T 2 - a hűtőszekrény abszolút hőmérséklete.

A hőgépek hatásfokának növelése és a lehető maximumhoz való közelítése- a legfontosabb technikai kihívás.

>>Fizika: A hőgépek működési elve. Hőmotorok teljesítménytényezője (hatékonysága).

A földkéregben és az óceánokban lévő belső energiakészletek gyakorlatilag korlátlannak tekinthetők. A gyakorlati problémák megoldásához azonban nem elegendő az energiatartalék. Szükséges továbbá az energia felhasználása a gyári és gyári szerszámgépek, járművek, traktorok és egyéb gépek mozgásba hozásához, elektromos áramfejlesztők forgórészeinek forgatásához stb. Az emberiségnek szüksége van motorokra - munkavégzésre alkalmas eszközökre. A legtöbb motor a Földön hőgépek. A hőmotorok olyan berendezések, amelyek az üzemanyag belső energiáját mechanikai energiává alakítják.
A hőgépek működési elvei. Ahhoz, hogy a motor működjön, nyomáskülönbségnek kell lennie a motor dugattyújának vagy a turbina lapátjainak mindkét oldalán. Ezt a nyomáskülönbséget minden hőmotorban úgy érik el, hogy a munkaközeg (gáz) hőmérsékletét a környezeti hőmérséklethez képest több száz vagy ezer fokkal megnövelik. Ez a hőmérséklet-emelkedés akkor következik be, amikor az üzemanyag ég.
A motor egyik fő része egy mozgatható dugattyúval ellátott, gázzal töltött edény. Minden hőmotor munkaközege gáz, ami a tágulás során működik. Jelöljük a munkaközeg (gáz) kezdeti hőmérsékletét T1. Ezt a hőmérsékletet a gőzturbinákban vagy gépekben a gőzkazánban lévő gőz biztosítja. A belső égésű motorokban és gázturbinákban a hőmérséklet-emelkedés akkor következik be, amikor magában a motorban ég el az üzemanyag. Hőfok T 1 a fűtés hőmérséklete."
A hűtőszekrény szerepe. A munkavégzés során a gáz energiát veszít, és elkerülhetetlenül lehűl egy bizonyos hőmérsékletre. T 2, ami általában valamivel magasabb, mint a környezeti hőmérséklet. Őt hívják hűtőszekrény hőmérséklete. A hűtőszekrény légkör vagy speciális berendezések a hulladékgőz hűtésére és kondenzálására - kondenzátorok. Ez utóbbi esetben a hűtőszekrény hőmérséklete valamivel alacsonyabb lehet, mint a légköri hőmérséklet.
Így egy motorban a munkafolyadék az expanzió során nem tudja teljes belső energiáját feladni a munka elvégzésére. A hő egy része elkerülhetetlenül átkerül a hűtőszekrénybe (atmoszférába) a belső égésű motorok és gázturbinák hulladékgőzével vagy kipufogógázaival együtt. A belső energia ezen része elvész.
A hőmotor a munkaközeg belső energiájának felhasználásával végez munkát. Ezen túlmenően, ebben a folyamatban a hő a forróbb testekről (fűtőtest) a hidegebbekre (hűtőszekrény) kerül át.
A hőmotor sematikus diagramja a 13.11. ábrán látható.
A motor munkafolyadéka az üzemanyag égése során hőt kap a fűtőberendezéstől Q 1 működik A´ és átadja a hőmennyiséget a hűtőnek Q 2 .
Hőmotor teljesítménytényezője (hatékonysága). A gáz belső energiájának teljes átalakításának lehetetlensége a hőgépek munkájába a természetben zajló folyamatok visszafordíthatatlansága miatt. Ha a hő spontán módon visszatérhetne a hűtőből a fűtőberendezésbe, akkor a belső energiát bármely hőmotor teljesen hasznos munkává tudná alakítani.
Az energiamegmaradás törvénye szerint a motor által végzett munka egyenlő:

Ahol Q 1- a fűtőtesttől kapott hőmennyiség, ill Q 2- a hűtőnek átadott hőmennyiség.
Hőmotor teljesítménytényezője (hatékonysága). az úgynevezett munkaszemlélet A´ a motor által a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiségnek megfelelően:

Mivel minden motor bizonyos mennyiségű hőt ad át a hűtőnek, akkor η<1.
A hőmotor hatásfoka arányos a fűtőelem és a hűtőszekrény közötti hőmérséklet-különbséggel. Nál nél T 1 - T 2=0 A motor nem működik.
Hőmotorok maximális hatásfoka. A termodinamika törvényei lehetővé teszik egy hőmérsékletű fűtőberendezéssel működő hőmotor maximális lehetséges hatásfokának kiszámítását. T 1, és egy hőmérsékletű hűtőszekrény T 2. Ezt először a francia mérnök és tudós, Sadi Carnot (1796-1832) tette meg „Elmélkedések a tűz hajtóerejéről és az ezen erőt kifejleszteni képes gépekről” (1824) című munkájában.
Carnot egy ideális hőmotorral állt elő, ideális gázzal, mint munkafolyadékkal. Egy ideális Carnot hőmotor két izotermából és két adiabátból álló cikluson működik. Először egy gázt tartalmazó edényt érintkezésbe hoznak egy fűtőberendezéssel, a gáz izoterm módon tágul, pozitív munkát végezve olyan hőmérsékleten T1, ugyanakkor megkapja a hőmennyiséget Q 1.
Ezután az edényt hőszigetelik, a gáz adiabatikusan tovább tágul, miközben hőmérséklete a hűtőszekrény hőmérsékletére csökken T 2. Ezt követően a gáz érintkezésbe kerül a hűtővel, az izoterm kompresszió során bizonyos mennyiségű hőt ad át a hűtőszekrénynek. Q 2, térfogatra zsugorodik V 4 . Ezután az edényt ismét hőszigetelik, a gázt adiabatikusan térfogatra sűrítik V 1és visszatér eredeti állapotába.
Carnot a következő kifejezést kapta a gép hatékonyságára:

Ahogy az várható volt, a Carnot gép hatékonysága egyenesen arányos a fűtőelem és a hűtőszekrény abszolút hőmérsékletének különbségével.
Ennek a képletnek a fő jelentősége abban rejlik, hogy minden valódi hőmotor olyan fűtőberendezéssel működik, amelynek hőmérséklete van T1,és egy hűtőszekrény hőmérséklettel T 2, hatásfoka nem haladhatja meg egy ideális hőmotorét.

A (13.19) képlet megadja a hőgépek maximális hatásfokának elméleti határát. Ez azt mutatja, hogy minél magasabb a fűtőelem és minél alacsonyabb a hűtőszekrény hőmérséklete, annál hatékonyabb a hőmotor. Csak abszolút nullával egyenlő hűtőszekrény hőmérsékleten, η =1.
De a hűtőszekrény hőmérséklete gyakorlatilag nem lehet alacsonyabb, mint a környezeti hőmérséklet. Növelheti a fűtőelem hőmérsékletét. Azonban minden anyag (szilárd test) korlátozott hőállósággal vagy hőállósággal rendelkezik. Melegítéskor fokozatosan elveszíti rugalmas tulajdonságait, és kellően magas hőmérsékleten megolvad.
Most a mérnökök fő erőfeszítései a motorok hatásfokának növelésére irányulnak az alkatrészeik súrlódásának, a tökéletlen égésből adódó üzemanyag-veszteségnek stb. csökkentésével. A hatékonyság növelésének valódi lehetőségei még mindig nagyok. Így egy gőzturbina esetében a kezdeti és a végső gőzhőmérséklet körülbelül a következő: T 1≈800 K és T 2≈300 K. Ezeken a hőmérsékleteken a maximális hatásfok:

A különféle energiaveszteségek miatti tényleges hatásfok körülbelül 40%. A maximális hatásfokot – mintegy 44%-ot – a dízelmotorok érik el.
A hőgépek hatásfokának növelése és a lehető maximumhoz való közelítése a legfontosabb műszaki feladat.
A hőmotorok a dugattyúk vagy a turbinalapátok felületén lévő gáznyomás-különbség miatt végeznek munkát. Ezt a nyomáskülönbséget a hőmérsékletkülönbség hozza létre. A lehetséges maximális hatásfok arányos ezzel a hőmérséklet-különbséggel és fordítottan arányos a fűtőberendezés abszolút hőmérsékletével.
Hűtőgép nem működhet hűtőgép nélkül, melynek szerepét általában a légkör tölti be.

???
1. Milyen eszközt nevezünk hőmotornak?
2. Mi a szerepe a fűtésnek, a hűtőnek és a munkafolyadéknak egy hőmotorban?
3. Mekkora a motor hatásfoka?
4. Mi a hőgép maximális hatásfoka?

G.Ja.Mjakisev, B.B.Buhovcev, N.N. Szockij, fizika 10. osztály

Az óra tartalma leckejegyzetek keretóra prezentációgyorsítási módszerek támogatása interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önellenőrző műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat megbeszélés kérdések szónoki kérdések a tanulóktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek, grafikák, táblázatok, diagramok, humor, anekdoták, viccek, képregények, példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek trükkök a kíváncsi kiságyak tankönyvek alap- és kiegészítő szótár egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben, innováció elemei a leckében, az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckék naptári terv az évre, módszertani ajánlások, vitaprogramok Integrált leckék

Ha javításai vagy javaslatai vannak ehhez a leckéhez,

Carnot ciklus- visszafordítható körkörös folyamat, amelyben a hő munkává (vagy a munkából hővé) alakul. Két izoterm és biadiabatikus folyamat egymás után váltakozva áll, ahol a munkaközeg ideális gáz. Elsőként N. L. S. Carnot (1824) vette figyelembe a termikus gépek hatásfokának meghatározásával kapcsolatban. A Carnot ciklus a leghatékonyabb ciklus az összes közül, ennek van a maximális hatékonysága.

Carnot ciklus hatékonysága:

Ez azt mutatja, hogy az ideális gázzal működő Carnot-ciklus hatékonysága csak a fűtőtest (Tn) és a hűtőszekrény (Tx) hőmérsékletétől függ.

Az egyenletből a következő következtetések következnek:

1. A hőmotor hatékonyságának növelése érdekében növelni kell a fűtőelem hőmérsékletét és csökkenteni kell a hűtőszekrény hőmérsékletét;

2. A hőgép hatásfoka mindig kisebb, mint 1.

Carnot ciklus reverzibilis, mivel minden összetevője egyensúlyi folyamat.

20. kérdés:

A legegyszerűbb és minőségileg helyesen tükrözi a valódi gáz viselkedését a van der Waals egyenlet.

Van der Waals gáz állapotegyenlete- a fő termodinamikai mennyiségeket összekötő egyenlet a van der Waals gázmodellben.

Bár az ideális gázmodell jól leírja a valódi gázok viselkedését alacsony nyomáson és magas hőmérsékleten, más körülmények között sokkal rosszabb az egyezése a kísérlettel. Ez különösen abban nyilvánul meg, hogy a valódi gázok folyékony, sőt szilárd halmazállapotúvá alakíthatók, az ideális gázok viszont nem.

A termikus állapotegyenlet (vagy gyakran egyszerűen az állapotegyenlet) a nyomás, a térfogat és a hőmérséklet közötti összefüggés.

Mert egy vakond van der Waals gáznak megvan a formája.

De a hűtőszekrény hőmérséklete gyakorlatilag nem lehet sokkal alacsonyabb, mint a környezeti hőmérséklet. Növelheti a fűtőelem hőmérsékletét. Azonban minden anyag (szilárd test) korlátozott hőállósággal vagy hőállósággal rendelkezik. Melegítéskor fokozatosan elveszíti rugalmas tulajdonságait, és kellően magas hőmérsékleten megolvad. Most a mérnökök fő erőfeszítései a motorok hatásfokának növelésére irányulnak az alkatrészeik súrlódásának, a tökéletlen égésből adódó üzemanyag-veszteségnek stb. csökkentésével. A hatékonyság növelésének valódi lehetőségei még mindig nagyok. Tehát egy gőzturbina esetében a gőz kezdeti és véghőmérséklete hozzávetőlegesen a következő: T 1 = 800 K és T 2 = 300 K. Ezeken a hőmérsékleteken a hatékonysági együttható maximális értéke egyenlő: A tényleges érték a különböző típusú energiaveszteségek miatti hatásfok körülbelül 40%. A maximális hatásfokot - mintegy 44%-ot - belső égésű motorok érik el. Egy hőmotor hatásfoka nem haladhatja meg a lehetséges maximális értéket ahol T 1 a fűtőelem abszolút hőmérséklete, T 2 pedig a hűtőszekrény abszolút hőmérséklete. A hőgépek hatásfokának növelése és a lehető maximumhoz való közelítése a legfontosabb műszaki feladat. Hőgép hatásfok A munkaközeg, amely bizonyos mennyiségű Q 1 hőt vesz fel a fűtőberendezéstől, ennek a hőmennyiségnek egy részét, modulo egyenlő |Q2|, a hűtőnek adja. Ezért az elvégzett munka nem lehet nagyobb A = Q 1 - |Q 2 |. Ennek a munkának a hőmennyiséghez viszonyított arányát a fűtőtesttől táguló gáz által átvett hőmennyiséghez nevezzük hatékonyság hőerőgép: A zárt ciklusban működő hőgép hatásfoka mindig kisebb egynél. A hőenergetikai technikának az a feladata, hogy a hatásfok minél magasabb legyen, vagyis a fűtőberendezésből kapott hő minél nagyobb részét munkatermelésre fordítsák. Hogyan lehet ezt elérni? Először S. Carnot francia fizikus és mérnök javasolta 1824-ben a legtökéletesebb ciklikus folyamatot, amely izotermákból és adiabátokból áll. 42. Entrópia. A termodinamika második főtétele. Az entrópia a természettudományokban a sok elemből álló rendszer rendezetlenségének mértéke. Különösen a statisztikai fizikában - bármely makroszkopikus állapot bekövetkezésének valószínűségének mértéke; információelméletben - bármely tapasztalat (teszt) bizonytalanságának mérőszáma, amelynek különböző kimenetele lehet, és így az információ mennyisége; a történettudományban az alternatív történelem jelenségének (a történeti folyamat változatlansága és változékonysága) magyarázata. Az entrópia a számítástechnikában a tudás hiányosságának és bizonytalanságának mértéke. Az entrópia fogalmát először Clausius vezette be a termodinamikában 1865-ben, hogy meghatározza az irreverzibilis energiadisszipáció mértékét, a valós folyamat ideálistól való eltérésének mértékét. A redukált hők összegeként definiálva állapotfüggvény, és reverzibilis folyamatok során állandó marad, míg irreverzibilis folyamatokban változása mindig pozitív. , ahol dS az entrópia növekménye; δQ - a rendszerbe szállított minimális hő; T a folyamat abszolút hőmérséklete; Felhasználás különböző tudományágakban § A termodinamikai entrópia egy termodinamikai függvény, amely egy rendszer rendezetlenségének mértékét, vagyis a termodinamikai rendszer részecskéi mozgási helyének heterogenitását jellemzi. § Az információs entrópia az üzenetek forrásának bizonytalanságának mértéke, amelyet bizonyos szimbólumok megjelenésének valószínűsége határoz meg továbbításuk során. § Differenciálentrópia - entrópia folytonos eloszlások esetén § Dinamikus rendszer entrópiája - a dinamikus rendszerek elméletében a káosz mértéke a rendszerpályák viselkedésében. § A reflexiós entrópia egy diszkrét rendszerrel kapcsolatos információ része, amely nem reprodukálódik, ha a rendszert részei összességében tükrözik. § Az entrópia az irányításelméletben a rendszer állapotának vagy viselkedésének adott feltételek melletti bizonytalanságának mértéke. Az entrópia a rendszer állapotának függvénye, amely egyensúlyi folyamatban megegyezik a rendszer termodinamikai hőmérsékletével összefüggésben a rendszernek adott vagy a rendszerből eltávolított hőmennyiséggel. Az entrópia olyan függvény, amely kapcsolatot hoz létre a makro- és mikroállapotok között; az egyetlen olyan függvény a fizikában, amely a folyamatok irányát mutatja. Az entrópia a rendszer állapotának függvénye, amely nem függ az egyik állapotból a másikba való átmenettől, hanem csak a rendszer kezdeti és végső helyzetétől. A termodinamika második főtétele egy olyan fizikai elv, amely korlátozza a testek közötti hőátadási folyamatok irányát. A termodinamika második főtétele kimondja, hogy a hő spontán átadása egy kevésbé fűtött testről egy melegebb testre lehetetlen. A termodinamika második főtétele tiltja a második típusú úgynevezett örökmozgó gépeket, ami azt mutatja, hogy a hatásfok nem lehet egyenlő az egységgel, mivel körkörös folyamat esetén a hűtőszekrény hőmérséklete nem lehet egyenlő 0-val. A termodinamika második főtétele a termodinamika keretein belül nem bizonyítható posztulátum. Kísérleti tények általánosítása alapján jött létre, és számos kísérleti megerősítést kapott. 43.Hatékony szórási keresztmetszet. A molekulák átlagos szabad útja. A molekulák átlagos szabad útja

Tegyük fel, hogy a vizsgált molekulán kívül minden molekula mozdulatlan. A molekulákat d átmérőjű gömböknek fogjuk tekinteni. Ütközés akkor következik be, amikor egy álló molekula középpontja d-nél kisebb vagy egyenlő távolságra van attól az egyenestől, amely mentén a kérdéses molekula középpontja mozog. Az ütközések során a molekula megváltoztatja mozgásának irányát, majd egyenes vonalban mozog a következő ütközésig. Ezért a mozgó molekula középpontja ütközések következtében szaggatott vonal mentén mozog (1. ábra).

rizs. 1

A molekula minden olyan álló molekulával ütközik, amelynek központja egy 2d átmérőjű törött hengerben helyezkedik el. Egy molekula egy másodperc alatt megteszi a -val egyenlő távolságot. Ezért az ezen idő alatt bekövetkező ütközések száma megegyezik azon molekulák számával, amelyek középpontja egy d teljes hosszúságú és sugarú törött hengerbe esik. Vegyük a térfogatát egyenlőnek a megfelelő kiegyenesített henger térfogatával, azaz egyenlőnek Ha egységnyi térfogatú gázban n molekula van, akkor a kérdéses molekula ütközésének száma egy másodperc alatt egyenlő lesz

(3.1.2)

A valóságban minden molekula mozog. Emiatt az egy másodperc alatt bekövetkező ütközések száma valamivel nagyobb lesz, mint a kapott érték, mivel a környező molekulák mozgása miatt a kérdéses molekula akkor is bizonyos számú ütközést él át, ha maga mozdulatlan maradna. Az összes olyan molekula közül, amellyel a kérdéses molekula ütközik, eltávolítjuk, ha a (3.1.2) képletben az átlagsebesség helyett a vizsgált molekula relatív mozgásának átlagos sebességét ábrázoljuk. Valójában, ha a beeső molekula átlagos relatív sebességgel mozog, akkor a molekula, amellyel ütközik, nyugalmi állapotban van, amint azt a (3.1.2) képlet elkészítésekor feltételeztük. Ezért a (3.1.2) képletet a következő formában kell írni:

Mivel a molekulák által elért szögek és sebességek nyilvánvalóan független valószínűségi változók, akkor az átlag

Az utolsó egyenlőség figyelembevételével a (3.1.4) képlet a következőképpen írható át:

A molekula átlagos szabad útja az az átlagos távolság (λ-val jelölve), amelyet a részecske szabad útja során megtesz egyik ütközéstől a másikig.

Az egyes molekulák átlagos szabad útja eltérő, ezért a kinetikai elméletben bevezetik az átlagos szabad út fogalmát (<λ>). Nagyságrend<λ>a gázmolekulák egész halmazának jellemzője adott nyomás- és hőmérsékletértékeken.

Ahol σ a molekula effektív keresztmetszete, n a molekulák koncentrációja.

« Fizika - 10. osztály"

A problémák megoldásához ismert kifejezéseket kell használni a hőgépek hatásfokának meghatározására, és szem előtt kell tartani, hogy a (13.17) kifejezés csak ideális hőmotorra érvényes.

1. feladat.

A gőzgép kazánjában a hőmérséklet 160 °C, a hűtőszekrény hőmérséklete 10 °C.
Elméletileg mekkora munkavégzésre képes egy gép, ha 200 kg tömegű, 2,9 10 7 J/kg fajlagos égéshővel rendelkező szenet 60%-os hatásfokú kemencében égetnek el?

Megoldás.

A maximális munkát egy ideális Carnot-ciklus szerint működő hőgép tudja elvégezni, melynek hatásfoka η = (T 1 - T 2)/T 1, ahol T 1 és T 2 a fűtőtest abszolút hőmérséklete, ill. hűtőszekrény. Bármely hőmotor esetében a hatásfokot az η = A/Q 1 képlet határozza meg, ahol A a hőgép által végzett munka, Q 1 a gép által a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiség.
A feladat feltételeiből jól látható, hogy Q 1 része a tüzelőanyag elégetésekor felszabaduló hőmennyiségnek: Q 1 = η 1 mq.

Ekkor hol van A = η 1 mq(1 - T 2 /T 1) = 1,2 10 9 J.

2. feladat.

Az N = 14,7 kW teljesítményű gőzgép m = 8,1 kg tömegű tüzelőanyagot fogyaszt 1 üzemóra alatt, q = 3,3 10 7 J/kg fajlagos égéshő mellett.
A kazán hőmérséklete 200 °C, a hűtőszekrény 58 °C.
Határozza meg ennek a gépnek a hatásfokát, és hasonlítsa össze egy ideális hőmotor hatásfokával.

Megoldás.

A hőgép hatásfoka megegyezik az A befejezett mechanikai munka és a tüzelőanyag elégetése során felszabaduló Qlt hőmennyiség elhasznált mennyiségével.
Hőmennyiség Q 1 = mq.

Ugyanebben az időben végzett munka A = Nt.

Így η = A/Q 1 = Nt/qm = 0,198, vagy η ≈ 20%.

Ideális hőmotorhoz η < η ид.

3. feladat.

Egy ideális hőmotor η hatásfokkal fordított ciklusban működik (13.15. ábra).

Mekkora hőmennyiség vehető el a hűtőszekrényből az A gépi munka elvégzésével?

Mivel a hűtőgép fordított ciklusban működik, ahhoz, hogy a hő a kevésbé fűtött testről a melegebbre kerüljön, külső erők pozitív munkát kell végezniük.
Hűtőgép vázlatos rajza: Q 2 hőmennyiséget vesznek el a hűtőszekrényből, a munkát külső erők végzik, és egy Q 1 mennyiségű hőt adnak át a fűtőberendezésnek.
Ennélfogva, Q 2 = Q 1 (1 - η), Q 1 = A/η.

Végül Q 2 = (A/η)(1 - η).

Forrás: „Fizika - 10. osztály”, 2014, Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky tankönyv

A termodinamika alapjai. Hőjelenségek - Fizika, tankönyv 10. évfolyamnak - Tantermi fizika