При адиабатном расширении идеального газа А > 0, т. е. А' < 0, следовательно DU < 0 и DT < 0, т. е. температура газа уменьшается (рисунок 6).
Тепловой двигатель – устройство, предназначенное для превращения внутренней энергии топлива в механическую энергию. Полученную внутреннюю энергию описывают количеством теплоты (Q1), полученным при сжигании топлива, а механическую энергию – механической работой (А), совершенной двигателем.
|
Рисунок 7 |
Принципиальное устройство теплового двигателя приведено на рисунке 7. Механическая работа обычно совершается расширяющимся газом, который называется рабочим телом. Рабочее тело расширяется, получая количество теплоты Q1 от специального устройства, называемого нагревателем. Для постоянного действия теплового двигателя рабочее тело должно циклически совершать замкнутый процесс. Чтобы это было возможно, оно должно сжиматься, охлаждаясь и отдавая количество теплоты Q2 специальному устройству, называемому холодильником. В соответствии с первым законом термодинамики для замкнутого процесса работа за один цикл
А = Q1 – Q2.
Коэффициент полезного действия (КПД) любого устройства или механизма (h) – отношение полезной энергии, переданной потребителям, к полной полученной энергии
.
Коэффициент полезного действия теплового двигателя
или 
.
Максимальное значение коэффициента полезного действия теплового двигателя (при заданных температуре Т1 нагревателя и Т2 холодильника)
.
Любой реальный тепловой двигатель имеет КПД, не превышающий это максимальное значение h £ hmax.
Для повышения коэффициента полезного действия тепловых двигателей существует два пути – повышение температуры Т1 нагревателя и понижение температуры Т2 холодильника. Для реальных двигателей наиболее приемлемыми холодильниками являются атмосферный воздух или вода при температуре окружающей среды. Следовательно, основной путь повышения КПД – это повышение температуры нагревателя.
Испарение – процесс, при котором с поверхности жидкости или твердого тела (сублимация) вылетают молекулы. Кинетическая энергия теплового движения молекул распределена неравномерно, поэтому у части молекул, находящихся вблизи поверхности, кинетическая энергия будет достаточно большой, чтобы они могли преодолеть силы притяжения к другим молекулам и стать свободными. Так как вылетают самые быстрые молекулы (имеющие максимальные значения кинетической энергии), то средняя кинетическая энергия остающихся молекул становится меньше. Следовательно, без притока тепла при испарении жидкость охлаждается. Для того, чтобы испарение происходило при постоянной температуре, требуется приток тепла.
Конденсация (пара) – процесс, при котором молекулы пара, находящиеся над поверхностью жидкости или твердого тела, возвращаются и остаются в жидкости (твердом теле).
В закрытом сосуде возможно наступление динамического равновесия между жидкостью и паром – состояния, при котором количество молекул, покидающих жидкость, равно количеству молекул, возвращающихся из пара обратно в жидкость. Динамическое равновесие наступает с течением времени, если в сосуде находится достаточное количество жидкости.
Насыщенный пар – вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью. Если из жидкости вылетает больше молекул, чем возвращается обратно, то пар называется ненасыщенным. Такое состояние имеет место до наступления динамического равновесия. Если в закрытом сосуде жидкость закончится раньше, чем могло бы наступить равновесие, то пар также будет ненасыщенным.
Давление насыщенного пара (рн) – парциальное давление паров жидкости, при котором пар является насыщенным. Эта величина зависит только от температуры и не зависит от объема пара, т. к. при сжатии часть молекул пара перейдет обратно в жидкость пока снова не наступит динамическое равновесие. Давление насыщенного пара растет с увеличением температуры быстрее чем давление идеального газа постоянной массы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
