Температура нагревателя тепловой машины 780К. Температура холодильника в 1,8 раза меньше, чем температура нагревателя. Каков максимально возможный КПД машины? — вопрос №4730025 — Учеба и наука

21. 04.22 Лучший ответ по мнению автора

Посмотреть всех экспертов из раздела Учеба и наука > Физика

Решено

Полый алюминиевый куб ребром 10 см имеет массу 1 кг. Какова толщина стенок куба?

Решено

визначте силу тяги двигуна автомобіля масою 1.2 т якщо він рухаеться з прискореняям 1.5 мс2 а сила опору його рухової дорівнює 500Н

Рассчитать энергию связи ядра алюминия 27 13 Al . Если масса ядра алюминия 26, 91844 а.е.м

Решено

1)Определите энергетический выход ядерной реакции 6|3 Li + 1|1H= 4|2He+3|2He 2) Выделяется или поглощается энергия в ядерной реакции 7|3 Li +4|2 He=

У деякій точці простору перетинаються когерентні хвилі з різницею ходу 1,5 мкм. Який результат інтерференції в цій точці, якщо довжина хвилі 600

Пользуйтесь нашим приложением

Молекулярная физика и термодинамика

Для работы любой тепловой машины по замкнутому циклу необходима внешняя среда, которую условно можно представить себе как два тела — нагреватель, находящийся при температуре Т_mах, и холодильник, находящийся при температуре T_min(T_min < Т_mах). Предполагается, что при контакте с нашей системой температуры нагревателя и холодильника не меняются. При контакте с нагревателем система получает тепло, при контакте с холодильником — отдает его.

В термодинамике существует теорема Карно (рис. 5.2):

Рис. 5.2. Леонар Сади Карно (французский физик и военный инженер)

Реализация максимально возможного КПД достигается в так называемом цикле Карно, когда идеальный газ проходит замкнутый цикл, составленный из двух адиабат и двух изотерм (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Цикл Карно (обходится по часовой стрелке) — комбинация двух изотерм 1—2, 3—4 и двух адиабат 2—3 и 4—1; теплообмен со средой осуществляется на изотермических участках цикла: на участке 1—2 газ получает теплоту Q₁, а на участке 3—4 отдает теплоту Q₂

Убедимся, что показанный замкнутый процесс действительно имеет КПД, соответствующий формуле (5.5). Температура системы равна T₁ в точках 1, 2 и T₂ в точках 3, 4. Значения остальных термодинамических параметров (р, V) будут иметь в качестве индекса номер соответствующей точки на диаграмме. Нам надо вычислить количества полученной Q₁, и отданной Q₂теплоты, найти совершенную газом работу А_Ц = Q₁ – Q₂ и определить КПД цикла. Сразу заметим, что на участках 2-3 и 4-1 система не обменивается теплом с внешней средой. Следовательно, теплоту Q_{1газ получает на участке 1-2, а теплоту Q2отдает на участке 3-4. Рассмотрим подробнее различные участки цикла.}

См. анимацию «Цикл Карно»

Изотерма 1—2. На этом участке газ находится в контакте с нагревателем и происходит изотермическое расширение от объема V₁ до объема V₂. Температура Т₁ не меняется, следовательно, не изменяется внутренняя энергия, а вся полученная теплота расходуется на совершение газом работы:

Величину работы газа при изотермическом процессе мы уже вычисляли ранее, так что с учетом формулы (2.13) находим

Адиабата 2—3. Здесь система отсоединяется от нагревателя и не обменивается теплом с внешней средой: Q₂₃ = 0. Газ продолжает расширяться, но уже адиабатно. Работа совершается за счет внутренней энергии газа, и его температура падает до значения Т₂. На этом участке цикла нам нужна информация, доставляемая уравнением адиабаты:

Изотерма 3—4. Система подключается к холодильнику, и газ начинает сжиматься. Внутренняя энергия остается неизменной, над газом совершается работа (А₃₄ < 0), а выделяющееся

тепло

передается холодильнику. Имеем аналогично (5.6)

Адиабата 4—1. Система отключена от внешней среды и продолжает сжиматься изотермически, что приводит к повышению ее температуры до Т₁. В конечном итоге система возвращается в первоначальное состояние. Поскольку точки 4 и 1 лежат на адиабате, получаем связь объемов и температур, аналогичную (5.7):

Из уравнений (5.7) и (5.9) находим отношения объемов

откуда следует, что

Поэтому отдаваемую холодильнику теплоту Q₂(см. уравнение (5.8)) можно записать как

Используя выражение (5.6) для теплоты, полученной системой, находим совершенную в ходе цикла работу

Из проведенного анализа следует также, что максимальная температура в цикле равна Т_mах = Т₁, а минимальная — Т_min = Т₂. Если разделить (5.12) на (5.6), то немедленно получим выражение (5.5) для КПД цикла Карно, из которого выпадают все параметры, кроме температур холодильника и нагревателя.

Пример 1. Котел тепловой станции работает при температуре около t₁ = 550 °С. Отработанное тепло отводится к реке при температуре около t₂ = 20 °С. Найдем максимально возможный КПД этой станции (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Схема работы тепловой машины Карно

Поскольку в формуле для КПД цикла Карно используются абсолютные температуры, надо перейти от шкалы Цельсия к шкале Кельвина: Т₁ = 550 + 273 = 823 К, Т₂ = 20 + 273 = 293 К. Теперь находим КПД тепловой станции:

Конечно, реальный КПД станции заметно ниже.

Если цикл Карно осуществить в обратном направлении, то есть против часовой стрелки на рис. 5.2, то для определения эффективности холодильной установки надо использовать формулы (5.3), (5.4) и выражения (5.6), (5.11). Получаем тогда

Печально, но чем ниже температура внешней среды Т₁, тем меньше мы нуждаемся в холодильнике, и тем эффективнее он работает.

Рис. 5.5. Схема работы холодильной установки

Приведем численный пример. Если кондиционер поддерживает в комнате температуру t₂ = 20 °С, а температура наружного воздуха равна t₁ = 30 °С, то для холодильного коэффициента имеем

а для КПД холодильника

Конечно, на самом деле температура тепловыделяющего элемента больше наружной температуры на 20–30 градусов, так что разность температур может достигать 30–40 градусов, что приводит к значениям

Напомним, что речь идет об идеальных установках, работающих по циклу Карно. Реальный типичный кондиционер потребляет мощность 750 Вт, перекачивая за час около 5 МДж тепловой энергии. Это значит, что за секунду кондиционер совершает работу А = 750 Дж и отнимает у воздуха в комнате теплоту

Отсюда находим

Мы видим, что реальный кондиционер гораздо менее эффективен, нежели идеальный холодильник Карно.

Пример 2. Пусть в домашнем холодильнике поддерживается температура t₂ = –3 °С (Т₂ = 270 К), а температура в кухне равна t₁ = 27 °С (T₁ = 300 К). Пусть далее мотор холодильника потребляет мощность N = 200 Вт. Предполагая, что холодильник работает по циклу Карно и что тепловыделяющий элемент имеет температуру окружающего воздуха, определим мощность потока тепловой энергии, перекачиваемой из камеры холодильника в кухню.

За время t мотор совершит работу

КПД холодильника равен

откуда находим количество теплоты, поступающее в кухню в единицу времени:

Обратите внимание, что холодильник работает как весьма эффективный обогреватель помещения. Надо только оплачивать потребляемую мотором мощность 200 Вт, а в кухню поступит в 10 раз большая энергия, 90 % которой перекачивается из камеры холодильника (90 % — КПД холодильника в этом примере). Любопытно, что если бы вместо холодильника был включен обогреватель той же мощности, то он нагревал бы помещение в 10 раз слабее.

Наши численные оценки можно рассматривать как пример теплового загрязнения окружающей среды, свойственного технической цивилизации.

Дополнительная информация

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm — Я. де Бур Введение в молекулярную физику и термодинамику, Изд. ИЛ, 1962 г. — стр. 202–205,  ч. 2, гл. 2,  § 10: описан процесс ожижения газа Клода — Гейландта.

Насколько горячим будет нагреватель блока двигателя?

Каким бы прочным ни был двигатель вашего автомобиля, из-за низких зимних температур его запуск может быть невозможен. Экстремально низкий уровень содержания ртути также может повредить жизненно важные компоненты вашей трансмиссии. Чтобы исправить эту ситуацию, некоторые владельцы транспортных средств устанавливают автономный отопитель. Насколько горячим будет ваш двигатель? Мы исследовали эти устройства у нескольких экспертов, так что вы будете знать наверняка.

Блок обогревателя нагреет ваш двигатель до 140 градусов по Фаренгейту, в зависимости от того, как долго он остается подключенным.

Теперь, когда мы знаем, насколько горячим будет нагреватель вашего двигателя, мы рассмотрим, как работают эти устройства. Вам также может быть любопытно, можно ли оставлять блок обогревателя включенным на ночь или сколько времени требуется блоку обогревателя, чтобы прогреть двигатель. Чтобы узнать ответы на эти и другие вопросы, прочитайте этот пост, чтобы узнать, что обнаружило наше исследование.

Как работают блок-нагреватели?

Блок обогревателя нагревает определенные жидкости, повышая температуру двигателя. На рынке существует несколько типов блочных нагревателей, каждый из которых работает по-своему.

На блок цилиндров двигателя установлен наиболее часто используемый подогреватель. Он имеет нагревательный элемент, погруженный в охлаждающую жидкость двигателя. Подключив нагреватель блока к сети питания (подойдут любые 110 штекеров), температура охлаждающей жидкости двигателя начнет повышаться. Это сделает остальную часть двигателя теплее, включая масло.

Чем холоднее масло, тем больше придется напрягать двигатель для запуска. Но нагревая моторное масло, вы можете уменьшить его вязкость и сделать его более доступным и быстрым. Существует множество моделей подогревателей поддона двигателя, которые позволяют это сделать.

Независимо от того, какой обогреватель вы используете, мы рекомендуем вам установить его профессионально. Это будет стоить немного труда, но вы будете уверены, что с первого раза все сделано правильно.

Можно ли оставлять блок нагревателя включенным на ночь?

При исследовании обогревателей мы обнаружили некоторых пользователей, которые обсуждали, что оставляют их включенными на ночь. Хотя это можно считать обычной практикой среди некоторых водителей, наши эксперты определили, что это небезопасно и расточительно.

Безопасное использование обогревателя означает его периодическую проверку. Хотя эти устройства почти всегда безопасны, известно, что они вызывают возгорание транспортных средств и конструкций. Просто подключить один и оставить его без присмотра может быть опасно.

Оставленный нагреватель включенным на такое долгое время также будет потреблять гораздо больше энергии, чем необходимо. Эти устройства будут нагревать двигатель до температуры, и любое избыточное тепло будет удалено из блока. Это может привести к более высокому счету за электроэнергию, особенно если вы оставите блок-нагреватель включенным на 8–12 часов.

Сколько времени потребуется нагревателю для нагрева двигателя?

Время, необходимое блоку обогревателя для прогрева двигателя, зависит от нескольких факторов. Количество потребляемой мощности нагревателя довольно значительно. Чем выше мощность, тем горячее будет нагревательный элемент.

Но температура также влияет на скорость работы нагревателя блока. Чем холоднее, тем больше времени потребуется нагревателю блока цилиндров, чтобы прогреть двигатель до нужной температуры.

В среднем пользователи сообщают, что их блок-нагреватели эффективно прогревают двигатели через два-три часа. Помните, что это может занять больше времени в самых экстремальных холодных погодных условиях.

Можно ли завести автомобиль с подключенным блоком обогревателя?

Хотя запуск двигателя с подключенным блоком обогревателя не повредит вашему автомобилю или устройству, рекомендуется отключать обогреватель перед запуском автомобиля или грузовика.

Всегда есть вероятность, что вы забудете отключить обогреватель перед тем, как уехать. Это может привести к тому, что шнуры намотаются на движущиеся части, что приведет к повреждению проводки устройства и автомобиля.

Подогревает ли блок нагреватель батареи?

Блок обогревателя предназначен для прогрева двигателя автомобиля. Хотя любое дополнительное тепло под капотом может нагреть аккумулятор, это неэффективный способ прогрева автомобильного аккумулятора. Но так как прогретый двигатель испытывает меньшую нагрузку, это значительно снижает нагрузку на аккумулятор и позволяет ему работать дольше.

Аккумулятор автомобиля можно согреть одеялом для аккумулятора. Он обернут вокруг вашей батареи, заключая ее в нагревательные элементы.

Аккумуляторное одеяло можно безопасно подключить к любой электрической розетке. Теплый аккумулятор поможет вам быстро и эффективно запустить двигатель, и вы отправитесь в путь без задержек.

Может ли нагреватель вызвать пожар?

При использовании обогревателя для прогрева двигателя этой зимой вы должны быть уверены, что соблюдаете все правила техники безопасности, рекомендованные производителем. Блочный обогреватель может вызвать возгорание транспортного средства или конструкции, если он не используется должным образом. Как правило, есть три способа, которыми они зажгут огонь.

Нагревательный элемент снят со своего места.

Большинство блочных нагревателей состоят из нагревательного элемента, вставленного в заглушку двигателя. Другие будут прилипать к масляному поддону. Если их вытащить из предусмотренного положения, нагревательные элементы будут представлять угрозу возгорания.

Убедитесь, что ваш нагревательный элемент закреплен. Также рекомендуется не оставлять их без присмотра надолго.

Кроме того, вы должны убедиться, что на земле вокруг автомобиля нет ничего, что может легко воспламениться, если нагревательный элемент упадет со своего места. Убедитесь в отсутствии бумаги, пролитых жидкостей или другого легковоспламеняющегося мусора.

Неисправность электропроводки

Жгут электропроводки для нагревателей рассчитан на работу в тяжелых условиях. Но эти провода все равно изнашиваются со временем. Особенно это актуально, если они неправильно хранятся.

Внимательно осмотрите жгут проводов от начала до конца. Убедитесь, что ничего не выставлено. Это отличная идея делать это перед началом зимнего сезона каждый год, чтобы у вас было достаточно времени, чтобы заменить его в случае необходимости.

Неисправности удлинителя

Удлинители всегда следует проверять перед использованием. Эти шнуры удобны, но также являются частой причиной пожаров. Неисправный удлинитель может вызвать искру, которая приведет к возгоранию в вашем гараже.

Тщательно сворачивайте шнур после каждого использования, чтобы не перекрутить его. Надежно храните его между службами в месте, защищенном от влаги и подальше от грызунов, которые могут соблазниться его погрызть.

Заключительные мысли

Блочные нагреватели обеспечивают эффективный способ прогрева двигателя, чтобы он мог запускаться при экстремально низких температурах. Эти устройства следует использовать осторожно, так как они могут вызвать возгорание транспортных средств и конструкций, если их оставить без присмотра слишком долго. В самую холодную погоду ожидайте, что блок нагревателя полностью прогреет двигатель в течение нескольких часов. Езди осторожно!

Мы надеемся, что этот пост о блочных нагревателях ответил на все ваши вопросы. Для получения дополнительной полезной автомобильной информации мы предлагаем прочитать следующие сообщения:

Проверьте, загорается и выключается индикатор двигателя во время вождения — что может быть не так?

После заправки загорается индикатор «Проверить двигатель» — что не так?

Плоское пятно на шине, вызывающее вибрацию – что делать?

Когда следует включать нагреватель блока цилиндров?

Если вы ездите в зимние месяцы, вы, вероятно, слышали, что вам может потребоваться подключить нагреватель блока цилиндров вашего автомобиля, чтобы обеспечить его запуск. Но когда именно вы должны подключить его и где найти нагреватель блока цилиндров? У ваших друзей в Sherwood Ford есть ответы на ваши вопросы.

Многим из нас, проживающих в районе Эдмонтона, приходится ездить в зимние месяцы, чтобы добраться до работы, отвезти детей в школу и купить продукты для семьи. Вождение в мягкую зимнюю погоду не так уж и плохо, но вождение в экстремальных зимних условиях тяжело влияет на двигатели. Как и большинство из нас, наши двигатели не любят сильный холод. Лучше всего они работают в теплую погоду, и, хотя мы не можем изменить зимнюю температуру, мы можем сделать так, чтобы наши двигатели были теплыми благодаря нагревателям блока цилиндров. Многие из наших автомобилей Ford оснащены обогревателями блока цилиндров, чтобы вы могли поддерживать двигатель в хорошем состоянии и в тепле в холодные зимние месяцы. Как вы увидите на рисунках ниже, шнур для подключения нагревателя блока цилиндров обычно находится под капотом, и для вашего удобства мы даже нарисовали рамку вокруг шнура.

Дополнительные советы и рекомендации от Sherwood Ford

Что такое подогреватель блока цилиндров?

Прежде чем мы перейдем к тому, когда вы должны подключить нагреватель блока цилиндров, давайте посмотрим, что делает нагреватель блока цилиндров. Когда вы запускаете двигатель, масло проходит через блок двигателя, чтобы смазывать все различные движущиеся части. Когда мы сталкиваемся с экстремальными зимними температурами, -20 ° C или ниже, масло густеет и становится липким. Это затрудняет движение масла по двигателю, из-за чего двигатель работает тяжелее, потребляя больше газа и производя больше выбросов. Нагреватель блока цилиндров поддерживает идеальную температуру блока цилиндров, чтобы масло оставалось жидким и могло легко проходить через блок цилиндров.

Когда подключать нагреватель блока цилиндров

Хотя точная температура, при которой следует включать нагреватель блока цилиндров, может варьироваться, важно помнить, что если ночью или ранним утром будет очень холодно, часов, вам, вероятно, следует подключить свой автомобиль к розетке. Обычно новые автомобили могут запускаться при температурах до -30 ° C, но это может привести к увеличению нагрузки на двигатель, если блок обогревателя не подключен к розетке. подогреватель блока цилиндров двигателя, когда температура достигает -15°C или ниже, просто на всякий случай. Если вы водите автомобиль с дизельным двигателем, вам может потребоваться подключить нагреватель блока цилиндров до того, как температура упадет до такого низкого уровня.