Адиабатный процесс. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. КПД тепловых двигателей. Необратимость тепловых процессов.

В адиабатном процессе Q = 0; поэтому первый закон термодинамики принимает вид

A = Δ U,

Изменение внутренней энергии газа происходит за счет работы внешних сил.

При адиабатном расширении газ совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии, поэтому температура газа при адиабатном расширении понижается.

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу.

Некоторые виды тепловых двигателей:

паровая машина;

паровая турбина;

двигатель внутреннего сгорания;

реактивный двигатель.

Физические основы работы всех тепловых двигателей одинаковы. Тепловой двигатель состоит из трех основных частей: нагревателя, рабочего тела, холодильник

Энергетическая схема тепловой машины

Q₁ – теплота, полученная рабочим телом

от нагревателя

Q₂ – теплота, переданная

рабочим телом холодильнику

А – полезная работа

теплового двигателя

В теоретической модели теплового двигателя рассматриваются три тела: нагреватель, рабочее тело и холодильник.

Нагреватель – тепловой резервуар (большое тело), температура которого постоянна.

В каждом цикле работы двигателя рабочее тело получает некоторое количество теплоты от нагревателя, расширяется и совершает механическую работу. Передача части энергии, полученной от нагревателя, холодильнику необходима для возвращения рабочего тела в исходное состояние.

Рис. 1

Так как в модели предполагается, что температура нагревателя и холодильника не меняется в ходе работы теплового двигателя, то при завершении цикла: нагревание-расширение-остывание-сжатие рабочего тела считается, что машина возвращается в исходное состояние.

Для каждого цикла на основании первого закона термодинамики можно записать, что количество теплоты Q _нагр, полученное от нагревателя, количество теплоты | Q _хол|, отданное холодильнику, и совершенная рабочим телом работа А связаны между собой соотношением:

A = Q _нагр – | Q _хол|.

В реальных технических устройствах, которые называются тепловыми машинами, рабочее тело нагревается за счет тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Так, в паровой турбине электростанции нагревателем является топка с горячим углем. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) продукты сгорания можно считать нагревателем, а избыток воздуха – рабочим телом. В качестве холодильника в них используется воздух атмосферы или вода природных источников.

Дата добавления: 2015-07-12