Педагогическое сообщество «Урок.рф»

7

#Новость #Все учителя #Публикации

Система рецензирования на сайте УРОК.РФ полностью автоматизирована. Достаточно загрузить авторский материал и отправить заявку, остальное сделают наши методисты. Экспертная оценка осуществляется профильными экспертами. Это компетентные педагоги-практики со всей России и стран СНГ, преподаватели высших и средних учебных заведений, доценты и профессора, кандидаты и доктора наук, авторы учебников и актуальных методик, спикеры курсов повышения квалификации и вебинаров.

24.04.23 в 11:14Администрация сайта «УРОК.РФ» (администратор)0

Опубликовано в группе «УРОК.РФ: официальная группа администрации»

2

#Школьное образование #Учитель-предметник #Презентация #Учебно-методические материалы #Информатика и ИКТ #8 класс

Данная разработка способствует приобретению теоретических знаний в области алгоритмики и навыков словесного описания алгоритма.
Задачи урока:
•Образовательная: организовать и направить познавательную деятельность на понимание сути алгоритмов, их свойств, словесного способа их описания;
•Развивающая: развивать логическое и алгоритмическое мышление школьников;
•Воспитательная: показать связь данной темы с практикой жизни; развитие навыков парной работы.

Вчера в 22:40Елена

0

3

#Школьное образование #Учитель-предметник #Классный руководитель #Презентация #Учебно-методические материалы #Информатика и ИКТ #8 класс #7 класс

«Информационный марафон» (урок-игра) по информатике в рамках предметной недели, посвящённой Дню космонавтики

познакомить учащихся с наукой, изучающей Вселенную, — астрономией, используя элементы информатики;
создать условия для развития познавательного интереса к наукам астрономия и информатика.

Вчера в 22:19Елена

0

3

#УМК Н. Д. Угринович #Школьное образование #Учитель-предметник #Урок #Методические разработки #Информатика и ИКТ #9 класс #8 класс

Данный конпект урока разработан для освоения операций сложения, вычитания, умножения и деления в позиционных системах счисления; совершенствования навыка перевода чисел в позиционных системах счисления.

Вчера в 22:12Елена

0

3

#Среднее профессиональное образование #Учитель-предметник #Урок #Методические разработки

В данной разработке учащиеся могут ознакомиться с понятиями: логика, понятие, высказывание, умозаключение;

с обозначениями логических операций: инверсия, конъюнкция, дизъюнкция, импликация, эквиваленция и исключающая «или»;

Материал урока способствует формированию умений переводить высказывания на язык алгебры логики, определять истинность (ложность) высказываний, даёт возможность познакомить с экологической ситуацией при работе и утилизации компьютеров.

Вчера в 22:05Елена

0

2

#Дошкольное образование #Воспитатель #Статья #Публикации

В статье рассматривается проблема патриотического воспитания дошкольников в современных условиях, когда происходят коренные изменения в жизни общества. Актуальной проблемой общества является патриотическое воспитание подрастающего поколения. Ощущать себя патриотом – частью Отечества – это сложное чувство возникает еще в дошкольном возрасте, когда именно в это момент закладывается фундамент ценностного отношения к окружающему миру, к родной стране. Сейчас, в период нестабильности, появляется необходимость вернуться к традициям нашего народа и его вековым обычаям.

Вчера в 21:01Носаева Ирина Алексеевна0

Опубликовано в группе «В помощь воспитателю ДОУ. .»

0

#Школьное образование #Классный руководитель #Все учителя #Конспект открытого внеклассного мероприятия #Материалы для педагогической практики #Родной язык

Основы развития Аланской культуры

Вчера в 20:19Бигаева Зарема Руслановна

0

3

#Программа воспитательной работы #Дополнительное образование #Социально-педагогическое #Психолог #Классный руководитель #Социальный педагог #Программы #ФГОС #9 класс #8 класс #7 класс

Цель: профилактика буллинга и кибербуллинга среди учащихся подросткового возраста в условиях общеобразовательной школы.
Задачи:
1. Расширять способы конструктивного взаимодействия в конфликтных ситуациях;
2. Оптимизировать межличностные и межгрупповые отношения в классном коллективе;
3. Обучать навыкам самоконтроля;
4. Развивать способность понимать и принимать особенности другого человека;
5. Способствовать развитию позитивного восприятие себя и другого человека.

Вчера в 18:12Виктория

0

2

#Программа воспитательной работы #Дополнительное образование #Социально-педагогическое #Психолог #Классный руководитель #Социальный педагог #Программы #ФГОС #11 класс #10 класс #9 класс #8 класс #7 класс

Тренинг «Основы конструктивного общения для подростков» поможет получить учащимся знания в развитии важнейших навыков межличностного взаимодействия и эмоционального самовыражения без риска возбудить ответные враждебные или защитные чувства.

Вчера в 17:59Виктория

0

2

#Исследовательская работа #Проектная деятельность #4 класс #3 класс #2 класс #1 класс

Исследование рассказывает о возникновении памятника «Дружба народов».
2. Архитектурные особенности.
3. Значение памятника в народе.

Вчера в 17:57Жевлакова Елена Юрьевна0

Опубликовано в группе «УРОК.РФ: группа для участников конкурсов»

1

#Аттестация и повышение квалификации #Дошкольное образование

Добрый день, уважаемые коллеги! Обсудим важные вопросы про прохождение аттестации

Вчера в 17:47Тимофеев Юрий Александрович

Опубликовано в группе «Творческое объединение воспитателей»

Тепловые двигатели. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Основные ссылки

CSS adjustments for Marinelli theme

Объединение учителей Санкт-Петербурга

Форма поиска

Поиск

Вы здесь

Главная » Тепловые двигатели.

Теги: 

конспект

Тепловые двигатели и холодильники

Тепловые двигатели и холодильники

Для преобразования теплоты в работу необходимо как минимум два места
с разными температурами. Если вы возьмете в Q _{максимум} в
температура T _{высокая} необходимо сбросить как минимум Q _низкая при
температура T _низкая . Объем работы, которую вы получаете от
тепловой двигатель W = Q _{высокий} — Q _низкий . Максимальный объем работы, который вы можете получить от
тепловой двигатель это сумма, которую вы получите
из реверсивного двигателя.

Вт _макс. = (Q _{высокий} — Q _низкий ) _{реверсивный}
= Q _{высокий} — Q _{высокий} T _низкий /T _{высокий}
= Q _{старший} (1 — T _низкий /T _{высокий} ).

W является положительным, если T _high больше T _low .

КПД тепловой машины
отношение полученной работы к затраченной тепловой энергии
температура, e = W/Q _{высокий} . Максимально возможное
КПД е _макс такого двигателя

e _макс = W _макс /Q _{высокий} = (1 — T _низкий
/T _{старший} ) = (T _{высокий} — T _низкий )/T _{высокий} .

Паровые двигатели

Паровая машина — разновидность тепловой машины. Он забирает тепло от
горячий пар, преобразует часть этого тепла в полезную работу и сбрасывает
отдохнуть на более холодном окружающем воздухе. Максимальная доля тепла
которые можно превратить в работу, можно найти, используя законы
термодинамики, и она увеличивается с разницей температур между
горячий пар и окружающий воздух. Чем горячее пар и
чем холоднее воздух, тем эффективнее паровая машина при преобразовании
тепло в работу.

В типичном паровом двигателе поршень движется вперед и назад внутри
цилиндр. В котле вырабатывается горячий пар высокого давления.
этот пар поступает в цилиндр через клапан. Однажды внутри
цилиндр, пар выталкивается наружу на каждую поверхность, включая
поршень. Поршень движется. Пар совершает механическую работу над
поршень, а поршень совершает механическую работу над присоединенными механизмами
к этому. Расширяющийся пар передает часть своей тепловой энергии
это оборудование, так что пар становится холоднее, когда оборудование работает.

Когда поршень достигает конца своего диапазона, клапан останавливает
поток пара и открывает цилиндр для наружного воздуха.
после этого поршень может легко вернуться. Во многих случаях допускается использование пара.
введите другой конец цилиндра так, чтобы пар толкал поршень
вернуться в исходное положение. Как только поршень вернется в исходное положение
начальной точки, клапан снова впускает пар высокого давления в
цилиндр и весь цикл повторяется. В общем, тепло идет.
от горячего котла к более прохладному окружающему воздуху и части этого тепла
преобразуется в механическую работу движущимся поршнем.
максимальный КПД паровой машины e _max = (T _пар
— T _воздух )/T _пар . Фактическая эффективность
обычно намного ниже.

Внешняя ссылка: Паровоз (Youtube)

Проблема:

Максимум
возможный КПД паровой машины, принимающей теплоту при 100 ^o C
и сброс его при комнатной температуре примерно 20 ^o C?

Решение:

• Обоснование:
  Максимальный КПД любой тепловой машины равен КПД двигателя Карно. e _max = (T _{высокий} — T _низкий )/T _{высокий} .
• Детали расчета:
  100 ^o C = 373 K и 20
  ^o С = 293 К. 
  максимально возможная эффективность
  (T _{высокий} — T _низкий )/T _{высокий}
  =  (373 —
  293)/373 = 0,21 = 21%.

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания сжигает смесь топлива и воздуха.
Наиболее распространенным типом является четырехтактный двигатель. Поршень скользит в
и из цилиндра. Два или более клапана позволяют топливу и
воздух для входа в цилиндр и газы, которые образуются, когда топливо и воздух
сжечь, чтобы покинуть цилиндр. Когда поршень скользит вперед и назад
внутри цилиндра изменяется объем, который могут занимать газы
кардинально.

Процесс преобразования теплоты в работу начинается, когда поршень
вытащили из цилиндра, расширив замкнутое пространство и позволив
топливо и воздух поступают в это пространство через клапан. Это движение
называется тактом впуска или тактом впуска . Далее топливо и
воздушная смесь сжимается, вдавливая поршень в
цилиндр. Это называется сжатием .
ход . В конце такта сжатия при
топливно-воздушная смесь сжата максимально плотно, свеча зажигания
в запаянном конце цилиндра срабатывает и воспламеняет смесь.
Горячее горящее топливо имеет огромное давление и толкает поршень.
из цилиндра. это рабочий ход — это то, что обеспечивает мощность двигателя и навесного оборудования.
Наконец, сгоревший газ выдавливается из цилиндра через другой
клапан в такте выпуска .
Эти четыре удара повторяются снова и снова. Самый внутренний
двигатели внутреннего сгорания имеют не менее четырех цилиндров и поршней. Там
всегда хотя бы один цилиндр проходит рабочий такт, и это
может нести другие цилиндры через нерабочие такты.
максимальный КПД такого двигателя е _max = (T _{зажигание}
— T _воздух )/T _{зажигание} где T _{зажигание}
— температура топливно-воздушной смеси после воспламенения. К
максимизировать эффективность использования топлива, вы должны создать максимально горячую
топливно-воздушной смеси после зажигания. Самая высокая эффективность, которая
было достигнуто примерно 50% e _max .

Внешняя ссылка: Внутреннее сгорание
двигатель (Ютуб)

Проблема:

Тепловая машина поглощает 360 Дж тепловой энергии и совершает 25 Дж работы в
каждый цикл. Найти
(а) КПД двигателя и
б) тепловая энергия, выделяемая в каждом цикле.

Решение:

• Обоснование:
  Количество работы, которую вы получаете от тепловой машины, равно W = Q _{высокое} — Q _низкое .
  
  КПД e = W/Q _{высокий} .
• Детали расчета:
  Q _{высокий} = 360 Дж. W = 25 Дж. Q _низкий
  = Q _{высокая} — W = 335
  J.
  (a) Эффективность e = W/Q _{высокая} = 6,9%.
  (b) Излучаемая тепловая энергия Q _низкая
  = 335 Дж.

Теплота сама по себе не может течь от холодного объекта к горячему — это один из способов сформулировать второй
закон термодинамики. Если бы мог, то сбрасывал тепло на Т _низкий
могли просто стекать обратно в водохранилище на Т _{высокий} и сеть
эффектом будет количество тепла ΔQ = Q _{высокое} — Q _низкое
взято на Т _хай и преобразовано в работу ни с чем другим
изменения в системе.

Предположим, вы хотите отобрать тепло из места с низкой температурой и сбросить
это в месте с более высокой температурой T _{и высокой} . Вы хотите
построить холодильник или
кондиционер . Для
такое устройство мы определяем коэффициент
производительность КПД как отношение количества тепла, отводимого при
более низкая температура работы, вложенной в систему (т.е.
двигатель).

COP = Q _низкий /(-W) = Q _низкий /(Q _{высокий}
— Q _низкий ).

Наилучший возможный коэффициент полезного действия

COP _макс. = Q _низкий /(Q _{высокий}
— Q _низкий ) _макс   = Q _низкий /(Q _низкий (T _{высокий} /T _низкий ) _{— Q низкий ) = T низкий /(T высокий — T низкий ),}

, если у нас есть реверсивный двигатель, перемещающий тепло. Для настоящего
двигатель Q _high больше, чем Q _low T _high /T _low ,
и коэффициент полезного действия меньше.

Для холодильника, поддерживающего внутреннюю температуру 4 ^o С =
277 K в помещении при 22 ^o C = 299 K наилучшее возможное
коэффициент полезного действия COP _max = 277/(299 — 277) =
12.6. Наилучшее соотношение количества отводимой теплоты к
проделанная работа равна 12,6. Тепло не может течь изнутри обычного
холодильник в более теплое помещение, если мы не подключим электродвигатель
который работает на хладагенте.

Кондиционер — это холодильник, внутри которого находится охлаждаемое помещение (T _номер
= T _низкий ) и чья внешняя сторона — это великолепная природа (T _{внешняя}
= T _{высокий} ). В кондиционере используется материал
называют «рабочей жидкостью» для передачи тепла из помещения в
свежий воздух. Рабочая жидкость – это материал, который преобразует
легко из газа в жидкость и наоборот в широком диапазоне
температуры и давления. Эта рабочая жидкость движется через
три основных компонента кондиционера, компрессор ,
конденсатор ,
испаритель в непрерывном цикле.

1. Рабочая жидкость поступает в испаритель внутри помещения в виде
   жидкость низкого давления примерно при температуре наружного воздуха.
2. Испаритель обычно представляет собой змеевидную трубу. Жидкость
   немедленно начинает испаряться и превращается в газ. В процессе
   поэтому он использует свою тепловую энергию, чтобы отделить свои молекулы от одного
   другой и становится очень холодно. Тепло поступает из помещения в
   этот холодный газ. Рабочая жидкость покидает испаритель в виде
   газ низкого давления немного ниже комнатной температуры и направляется в сторону
   компрессор.
3. Поступает в компрессор в виде газа низкого давления
   примерно при комнатной температуре. Компрессор сжимает молекулы
   этого газа ближе друг к другу, увеличивая плотность и давление газа.
   Поскольку сжатие газа связано с физической работой, компрессор передает
   энергию рабочей жидкости, и эта жидкость становится более горячей.
   рабочая жидкость выходит из компрессора в виде газа под высоким давлением значительно выше
   наружная температура воздуха.
4. Затем рабочая жидкость поступает в
   конденсатор снаружи, который обычно представляет собой змеевидную трубу.
   Так как жидкость горячее окружающего воздуха, тепло уходит из
   жидкости и в воздух. Затем жидкость начинает конденсироваться в
   жидкость и отдает дополнительную тепловую энергию при конденсации.
   Эта дополнительная тепловая энергия также передается в виде тепла в наружный воздух.
   Рабочая жидкость выходит из конденсатора в виде жидкости под высоким давлением при
   примерно температура наружного воздуха. Затем он протекает через
   сужение трубы в испаритель. Когда жидкость идет
   через сужение в трубе давление в ней падает и она попадает в
   испарителя в качестве жидкости низкого давления. Цикл повторяется.

В целом тепло отводится из помещения и доставляется в
наружный воздух. Компрессор при этом потребляет электроэнергию.
процесс, и эта энергия также становится тепловой энергией в наружном воздухе.
Максимальный коэффициент такого кондиционера КПД _max
= T _{комната} /(T _{снаружи} — T _{комната} ).
Холодильники и тепловые насосы работают по одному и тому же принципу.

А тепловой насос — это холодильник, чей
внутри — это великолепная природа, а снаружи — комната, которую нужно отапливать.
коэффициент полезного действия теплового насоса – это отношение отдаваемой энергии
при более высокой температуре работы, вложенной в систему, COP = Q _{высокий} / (Q _{высокий}
— Q _низкий ). Наилучший возможный коэффициент полезного действия

COP _макс. (тепловой насос) = (Q _{высокий} /(Q _{высокий}
— Q _низкий )) _макс.
= T _{высокий} /(T _{высокий} — T _низкий ) = T _{комнатный} /(T _{комнатный}
— Т _{снаружи} )

Если наружная температура равна 41 ^o F = 5 ^o C = 278 K и
комнатная температура 77 ^o F = 25 ^o C = 298K, тогда COP _макс.
= 298/(298 — 278) = 14,9. Однако, если температура наружного воздуха опустится до 14
^или F = -10 ^или C = 263 K, тогда E _max = 298/(298 — 263) = 8,5.

Примечание: КПД холодильника/кондиционера и
КПД теплового насоса определяются по-разному. Мы
всегда интересуются, сколько работы мы должны сделать или сколько полезной энергии
мы должны инвестировать, чтобы чего-то добиться. Для холодильника или воздуха
кондиционер нас интересует насколько эффективно отводится тепло от более холодного
внутри за заданный объем выполненной работы. Для теплового насоса нас интересует
в том, насколько эффективно тепло доставляется к более горячему внутри для данного количества
работа выполнена. Коэффициент полезного действия дает нам эти соотношения.

Внешняя ссылка: 
цикл охлаждения (Youtube)

Проблема:

Какой КПД холодильника, работающего с
Эффективность Карно между температурами от -3 ^o C и 27 ^o C?

Решение:

• Обоснование:
  Для холодильника COP _max
  = T _{младшая} /(T _{младшая} — T _{младшая} ).
• Детали расчета:
  Наилучший возможный коэффициент полезного действия
  COP _макс.
  = T _{младшая} /(T _{младшая} — T _{младшая} ) =
  270/(300 — 270) = 9,

Проблема:

Холодильник имеет коэффициент полезного действия, равный 5. Если
холодильник поглощает 120 Дж тепловой энергии из холодного резервуара в каждом
цикл, найти
(a) работу, выполненную в каждом цикле и
б) тепловая энергия, отводимая в горячий резервуар.

Решение:

• Обоснование:
  Для холодильника коэффициент полезного действия COP = Q _low /(-Вт).
• Детали расчета:
  (a) COP = Q _low /(-W). (-W) = Q _низкий /COP = 120/5 Дж = 24
  Дж.
  Работа выполняется в системе. Упорядоченная (электрическая) энергия
  преобразуется в тепловую энергию.
  (b) (-W) = 24 J = Q _{высокий} — Q _низкий . Q _{высокий}
  =
  24 Дж + 120 Дж = 144 Дж.

Встроенный вопрос 2

Выходная мощность теплового насоса больше, чем энергия, используемая для работы
насос. Почему это утверждение не нарушает первый закон
термодинамика?

Обсудите это со своими однокурсниками на дискуссионном форуме!

Цикл Карно — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

В начале 19 века паровые машины стали играть все более важную роль в промышленности и на транспорте. Однако систематический набор теорий преобразования тепловой энергии в движущую силу паровыми двигателями еще не был разработан. Николя Леонар Сади Карно (1796-1832), французский военный инженер, опубликовал в 1824 году «Размышления о движущей силе огня ». известный как цикл Карно. Карно разработал основу второго закона термодинамики, и его часто называют «отцом термодинамики».

Цикл Карно

Цикл Карно состоит из следующих четырех процессов:

1. Процесс обратимого изотермического расширения газа. В этом процессе идеальный газ в системе поглощает количество тепла \(q_{in}\) от источника тепла при высокой температуре \(T_{high}\), расширяется и совершает работу с окружающей средой.
2. Процесс обратимого адиабатического расширения газа. При этом система теплоизолируется. Газ продолжает расширяться и совершать работу с окружающей средой, что приводит к охлаждению системы до более низкой температуры, \(T_{low}\).
3. Процесс обратимого изотермического сжатия газа. В этом процессе окружающая среда совершает работу с газом при \(T_{low}\) и вызывает потерю тепла, \(q_{out}\).
4. Процесс обратимого адиабатического сжатия газа. При этом система теплоизолируется. Окружающая среда продолжает совершать работу с газом, из-за чего температура снова поднимается до \(T_{high}\).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Модель идеального газового поршня цикла Карно. (CC BY 4.0; XiSen Hou через Hope College)

Диаграмма P-V

Диаграмма P-V цикла Карно показана на рисунке \(\PageIndex{2}\). В изотермических процессах I и III ∆U=0, так как ∆T=0. В адиабатических процессах II и IV q=0. Работа, теплота, ∆U и ∆H каждого процесса в цикле Карно суммированы в таблице \(\PageIndex{1}\).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): P-V-диаграмма цикла Карно.

Диаграмма T-S

Диаграмма T-S цикла Карно показана на рисунке \(\PageIndex{3}\). В изотермических процессах I и III ∆T=0. В адиабатических процессах II и IV ∆S=0, так как dq=0. ∆T и ∆S каждого процесса в цикле Карно показаны в таблице \(\PageIndex{2}\).

Рисунок \(\PageIndex{3}\): T-S диаграмма цикла Карно. (CC BY 4.0; XiSen Hou через колледж Хоуп)

Эффективность

Цикл Карно является наиболее эффективным из возможных двигателей, основанным на допущении об отсутствии случайных расточительных процессов, таких как трение, и допущении об отсутствии теплопроводности между различными частями двигателя при разных температурах. КПД двигателя Карно определяется как отношение выходной энергии к подводимой энергии. 9{C_{V}/R}=\dfrac{V_{4}}{V_{1}}\]

И так как T ₁ = T ₂ и T _{3 90 004 = T 4 ,}

\[\dfrac{V_{3}}{V_{4}}=\dfrac{V_{2}}{V_{1}}\]

Следовательно,

\[ \text{эффективность}=\dfrac{nRT_{высокий}\ln\left(\dfrac{V_{2}}{V_{1}}\right)-nRT_{low}\ln\left(\dfrac{V_{ 2}}{V_{1}}\right)}{nRT_{high}\ln\left(\dfrac{V_{2}}{V_{1}}\right)}\]

\[\boxed{ \text{эффективность}=\dfrac{T_{высокий}-T_{низкий}}{T_{высокий}}}\]

Резюме

Цикл Карно имеет максимально возможный КПД двигателя (хотя другие циклы имеют такой же КПД) на основе предположения об отсутствии побочных расточительных процессов, таких как трение, и предположения об отсутствии теплопроводности между различными частей двигателя при различных температурах.

Проблемы

1. Теперь вы работаете с двигателем Карно с КПД 40%, который отводит тепло в радиатор при температуре 298 К. Если вы хотите увеличить КПД двигателя до 65%, до какой температуры вам придется поднять резервуар для тепла?
2. Двигатель Карно поглощал 1,0 кДж тепла при температуре 300 К и выделял 400 Дж тепла в конце цикла. Какая температура в конце цикла?
3. Внутренний обогреватель, работающий по циклу Карно, нагревает дом со скоростью 30 кДж/с, чтобы поддерживать внутреннюю температуру на уровне 72 ºF. Какова мощность нагревателя, если температура наружного воздуха 30 ºF?

Ссылки

1. Goldstein, M. J. Chem. Образовательный , 1980 , 57, 114-116
2. Bader, M. J. Chem. Образовательный , 1973 , 50 , 834
3. В. Ф. Людер. J. Chem. Образовательный , 1944 , 21 , 600-601
4. Salter, C. J. Chem. Образовательный , 2000 , 77, 1027-1030

Цикл Карно распространяется под лицензией CC BY 4.