1 Все тепловые двигатели, независимо от их конструктивных особенностей, решают одну и ту же задачу — превращение внутренней энергии в механическую. Для этой цели энергию, выделяющуюся при сгорании топлива или при ядерных реакциях, передают путем теплообмена какому-либо газу. Расширяясь, газ производит работу против внешних сил, приводя в движение какой-либо механизм. Очевидно, что в тепловом двигателе газ не может расширяться беспредельно, ибо машина имеет конечные размеры. Следовательно, после расширения газ должен быть затем сжат так, чтобы он сам и все детали машины пришли в первоначальное состояние. После этого может быть произведено повторное расширение и т. д. Итак, мы пришли к выводу, что тепловой двигатель должен работать циклично, в течение цикла за процессом расширения газа следует его сжатие до первоначального состояния. Реальные тепловые двигатели обычно работают по так называемому разомкнутому циклу, когда газ после расширения выбрасывается, а сжимается новая его порция. Однако, это существенно не влияет на термодинамику процесса, и мы будем в дальнейшем рассматривать замкнутый цикл, когда расширяется и сжимается одна и та же порция газа.
2 Для того, чтобы двигатель в течение цикла совершил полезную работу, необходимо, чтобы работа в процессе расширения была больше работы сжатия. В этом случае внешние тела, окружающие двигатель, получат больше механической энергии, чем отдадут при сжатии. Покажем, что для этого температура газа при его сжатии должна быть ниже, чем при расширении. Для доказательства этого положения обратимся к рисунку 10. Начальное p1, V1, T и конечное p2, V2, T2 состояния газа при расширении и сжатии совпадают, следовательно, работа сжатия меньше работы расширения лишь в том случае, если во всех, промежуточных состояниях давление в процессе сжатия меньше, чем при расширении. А это возможно лишь в том случае, когда во всех промежуточных точках температура газа в процессе сжатия ниже, чем при расширении.
|
 |
3 На основе предыдущих рассуждений можно рассмотреть схему устройства и энергетические процессы, характерные для любого теплового двигателя независимо от его конструктивных особенностей. Любой тепловой двигатель состоит из трех основных частей: рабочего тела, нагревателя и холодильника. Рабочим телом служит какой-либо газ (или пар), за счет расширения которого совершается работа. Рабочее тело получает некоторое количество теплоты Q1 от нагревателя — тела, у которого за счет сгорания топлива или за счет ядерных реакций поддерживается постоянной высокая температура Т1. Наконец, при сжатии газ передает некоторое количество теплоты Q2 холодильнику — телу, температура которого Т2 постоянна и всегда ниже температуры нагревателя. За счет этого давление газа при сжатии ниже, чем при расширении, что является необходимым условием работы двигателя. Заметим, что холодильником может служить и окружающая среда, как это имеет место в двигателях внутреннего сгорания и в реактивных двигателях. Работа, совершаемая газом против внешних сил, связана с изменением его объема ΔV в частности, если газ расширяется при постоянном давлении р (происходит изобарический процесс), то работа А , совершаемая газом,
А=рΔV
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.