Ciclul Carnot. Maşina termică cu randament maxim.
Tag-uri
Partajeaza in Google Classroom
Transcript
în cele 12 lecții de termodinamică
sunt vorbit despre ciclu carnot
și vom discuta despre randamentul
maxim al mașinilor termice mașinile
termice și randamentul lor Au fost
prezentate în lecțiile precedente
de termodinamică care nu au observat
că mașinile termice adică mașinile
ce Transformă căldura în lucru
mecanic fac acest lucru Doar în
procese ciclice bitter adică un
sistem în care mașina termică e
cuplată atât la o sursă caldă cât
și la un suc să reci alt fel spus
o mașină termică nu poate funcționa
în tu un proces ciclic monoterma
la temperatură constantă se numește
ciclu carnot sau proces ciclic
de tip karnaugh procesul deschis
în această diagramă clapeyron presiune
volum care are următoarele următoarele
patru procese sau patru timpi de
funcționare procesul Care este
procesul ideal Romi explica imediat
De ce este ideal format din izoterma
unu doi dintre stele unu și doi
Deci acest proces are loc la temperatură
constantă T1 și în cadrul procesului
1 2 sistemul primește căldură de
la sursa ca el este în contact
cu sursa caldă aflată la temperatură
de 1 și primește energie sub formă
de căldură apoi avem procesul adiabatic
2.3 adiabatic înseamnă proces fără
schimb de căldură în care sistemul
se destinde are loc cu o dilatare
a sistemului apoi avem o izotermă
între stările 3 și 4 deci temperatura
este constantă și egală cu T2 Care
este temperatura sursei reci în
acest proces are loc cedare de
căldură aici avem q cedat mai mic
decât 0 căldură cedată către această
sursă rece și în fine ultimul proces
este adiabata dintre procesul adiabatic
dintre stările 4:01 care în care
avem o compresie la căldură zero
adică nu avem schimb de căldură
de aici numere de adiabatic acest
proces este ideal din două motive
primul este principial și anume
acela că este definit ca un proces
ciclic reversibil ne întoarcem
în punctul în starea unu din care
am plecat Ce Ce înseamnă că este
un proces ciclic reversibil în
realitate în mașinile termice niciodată
nu avem procese reversibile cea
de a doua în cel al doilea motiv
pentru care acest tip de proces
nu poate fi în realitate este faptul
că presupunem că temperatura este
menținută constantă pe cele două
izovat izoterme scuzați cele două
izoterme 1 2 și 3 4 acest lucru
ar putea fi făcut dar numai prin
cuplarea motorului la două și anumite
rezervoare de temperatură adică
sisteme mari de volum mare de masă
mare comparată cu comparație cu
motorul aflată la temperatură constantă
care în acest fel ar putea să mențină
motorul la aceste două temperaturi
fixe în cele două procese în practică
este greu de realizat un asemenea
lucru totuși să continuăm să calculăm
randamentul acestui ciclu veți
vedea De ce este important deci
în procesul 1 2 care este o izotermă
avem că variația energiei interne
1.2 este prin definiție 0 pentru
că această variație după cum am
văzut este nu CV de el tate de
ce este 0 pentru că este izoterma
iar căldura primită pe care o notăm
cu și cu q 1 este egal în consecință
cu lucrul mecanic în acest proces
1 2 lucru mecanic a procesului
izoterm la Am calculat în prezentarea
procesului izoterm și am văzut
că este nu e r t 1 înmulțit cu
logaritm natural din 2 supra V1
volumul final împărțit la volumul
inițial Care vedem că este medic
în 0 Deci întradevăr căldura din
procesul 1 2 este proporțional
cu logaritm din volumul final împărțit
la volumul inițial Care este un
un un raport supraunitar Deci logaritmul
este pozitiv Deci căldura este
primită fiind pozitiv pentru celălalt
proces izoterm adică 3 4 putem
scrie că la fel Delta cu 3 4 este
egal cu 0 datorită aceluiași fapt
că Delta t este 0 iar q cedat care
putem să notăm cu q 2 și este egal
cu lucrul mecanic în procesul trei
patru căldura este egal cu lucrul
mecanic datorită faptului că Dl
taoiste 0 și după cum vă amintiți
din definiția variației energiei
interne un scriu aicea de al tau
prin definiție este q minus el
Deci dacă intru în proces avem
de al tau 0 atunci căldura este
egal cu lucrul mecanic Și de ce
va fi egal cu 2 logaritm natural
din volumul final V4 împărțit la
volumul inițial vetrei dar în acest
caz de 4 este mai mic decât vetrei
acest raport este mai mic decât
1 iar logaritm din număr subunitar
este negativ De ce intră adevăr
avem de a face cu un proces în
care se cedează căldură în fine
lucru randamentul este egal cu
1 minus modul din căldura cedată
împărțită la căldura Primită în
concluzie să scriem acest randament
am desenat același grafic al procesului
carno și deci putem scrie continuând
că e paramentul este 1 minus 2
supra 1 înmulțit cu logaritm natural
din J3 împărțit la V4 am inversat
volumele pentru a obține modulul
căldurii cedate Deci în felul acesta
avem un raport supraunitar aici
Ce este pozitiv împărțit la logaritm
natural din 2 împărțit la vs trebuie
calculat acestora porno din adiabata
2 3 Deci procesul de la 2 la 3
este adiabatic schimbul de căldură
este nul și putem scrie ecuația
pawson t1 t2 la gama minus 1 este
egal cu pe 2 V3 la gama minus 1
V2 și V3 fiind volumele inițiale
și finale la fel pentru adiabata
patru unu q este egal cu 0 putem
scrie că te unul V1 la gama minus
1 este egal cu T2 V4 la gama minusul
1901 și V4 sunt stările finală
și inițială făcând raportul dintre
aceste Două ecuații se obține imediat
că v-2 împărțit la v-1 la gama
minus 1 este egal cu b 3 împărțit
la V4 la gama minus 1 Deci imediat
că vei 3 împărțit la V4 este egal
cu V2 împărțit la v-1 Deci acești
doi factori se pot simplifica și
obținem că randamentul ciclului
carnot este egal cu 1 minus 2 împărțit
la T1 unde te 2 este mai mic decât
eu deja dar mentul este așa cum
ar fi trebuit subunitară bun Care
este motivul pentru care studiem
acest ciclu carnot din moment ce
am spus că el reprezintă un ciclu
de el nu poate fi aplicat practic
într o eventuală mașină car mașină
termică Carlo sunt două motive
primul rezidă în așa numita teoremă
carno care spune că randamentul
mașinii reversibile ideale carno
adică cea bazată pe este mai mare
decât cel al cărei mașini ireversibile
reale funcționând între aceleași
temperaturii de simplu spunând
orice mașină termică am construit
va avea un randament care va fi
mai mic decât acest decât Rada
randamentul acestui ciclu numit
Carlo Deci o prima consecință este
că am obținut o valoare maximă
teoretică a randamentului ce poate
fi obținut pentru o mașină termică
și am obținut și condițiile în
care acest randament maxim ideal
ar fi obținut și anume ne trebuie
o mașină care se funcționează între
un circuit reversibil ciclism conectat
la două rezervoare mari de căldură
de temperatură mașinile reale în
schimb sunt ireversibile Deci nu
putem obținem acest tip de randament
în realitate un al doilea și mai
important motiv pentru care ciclul
carnot și randamentul ciclului
carnot este important îl veți vedea
în următoarea lecție De termodinamică
unde il va duce la noțiunea de
entropie și în final la cel de
al doilea principiu al termodinamicii
De ce la are implicații teoretice
important De aceea pentru a finaliza
această lecție totuși să vorbim
despre randamentul maxim care se
poate obține realitate acesta este
motorul cu reacție nici motorul
cu reacție este motorul unui avion
sau unei rachete ce vedem în această
imagine este un motor cu reacție
al unui Ion cred că este iarba
în care care a fost deschis pentru
întreținere deci putem să vedem
principalele componente motorul
cu reacție este un motor termic
în patru timpi ca de obicei a cărui
diagramă TV presiune volum o prezentăm
schematizat aici bineînțeles este
ceva mai complicat decât decât
această diagramă ciclul dar principalele
elemente sunt prezente în această
diagramă și anume avem procesul
1 2 care este admisie a aerului
în motor și compresia lui adiabatic
Deci în acest proces avem căldură
egal cu 0 de la 1 la 2 în acest
în această fază aerul Care este
absorbit este compresat puternic
și amestecat cu kerosen apoi urmează
procesul 2 3 care este izobar în
care acest amestec aer kerozin
este aprins are loc o explozie
izobară Deci 2.3 este un proces
izobar de explozie de ardere a
acestui amestec aer combustibil
în în care bineînțeles avem o căldură
primită de către sistem prin procesul
de Arte apoi urmează în mod Evident
destinderea adiabatică a gazelor
de ardere De ce norma arderii se
produc foarte multe gaze la temperaturi
foarte mari care se expandează
rapid și Deci avem un proces adiabatic
de expansiune de destindere a gazelor
de artere și în final procesul
patru unu ca de obicei avem evacuarea
evacuarea prin spate prin spatele
motorului a acestor gaze de ardere
Deci mod Evident în acest proces
vom avea o cedare de căldură către
mediul extern acest motor este
motorul cu randament maxim din
mai multe motive voi Număra cele
principale primul este că avem
compresia maximă care are loc între
izobară și a23 dacă va aduceți
aminte din lecția precedentă în
care am discutat despre diferența
dintre motorul diesel și motorul
Otto și motorul diesel tinde să
aibă om un randament mai mare decât
motorul Otto pentru că explozia
Care este sau arderea Care este
procesul principal are loc între
izobară și nu întru izocor acest
fapt permite compresia maximală
sau compresie mai mare a amestecului
de combustibil cu aer acesta duce
la un randament mai mare de asemeni
iar și unul cu Important despre
motorul cu reacție este că puterea
se produce un flux continuu discutam
Iarăși pentru motoarele Otto și
diesel că puterea se produce întru
singur timp din cei patru motive
pentru care acolo cuplat mai multe
motoare adică mai mulți cilindri
care funcționau stâng secvențial
a astfel încât produsul de în producerea
de putere să fie continuă același
lucru e valabil și aici anume că
puterea sau lucrul mecanic este
produs întru un singur timp în
cazul acesta în timpul destinderii
adiabatice dar toate cele toate
tot timpul cei 4 timpi ai motorului
cu reacție se întâmplă în același
timp pentru că fluxul de aer este
continuu Deci nu avem o întrerupere
a unuia din cei 4 timpi Deci producerea
de putere este continuă de asemeni
nu lucru Important este că acest
motor nu are părți mobile precum
pistoanele din celelalte motoare
termice în consecință frecarea
dintre componentele motorului este
redusă la o minim ceea ce reduce
disiparea energiei în consumare
a energiei inutil Toate aceste
lucruri plus alte amănunte tehnologice
fac ca motorul cu reacție să fie
la ora actuală motorul cu puterea
și randamentul maxim