Теплоэнергетика
использование вторичных
энергетических ресурсов, внедрение новых термодинамических циклов, развитие
систем аккумуляции энергии, использование возобновляемых источников энергии
(солнечная, электростанции, геотермальная энергия).
Цикл Карно.
К 1824, когда Карно опубликовал свой трактат Размышления о движущей
силе огня, было уже хорошо известно, что за счет теплоты можно получать
механическую энергию, но ни у кого не было ни малейшего представления о
том, каким может быть КПД тепловой машины, и были не совсем ясны
термодинамические основы ее действия. Прошло десять лет, прежде чем
Б.Клапейрон, который первым по достоинству оценил трактат Карно, повторно
опубликовал его, снабдив важными дополнениями. Карно представлял тепловую
машину в виде идеально теплоизолированного цилиндра, наполненного
фиксированным количеством рабочего тела (газа) и снабженного движущимся без
трения поршнем. Машину можно без энергетических потерь переносить с одной
подставки на другую. Одна подставка, поддерживаемая при температуре T1,
служит нагревателем. Другую, поддерживаемую при более низкой температуре
T2, назовем холодильником. Сначала цилиндр стоит на нагревателе, и
газообразное рабочее тело изотермически (т.е. поглощая теплоту так, что его
температура не изменяется) расширяется от точки 1 до точки 2 на графике
зависимости объем – давление (рис. 3,а). Затем машину переносят на
теплоизолированную подставку и газ адиабатически расширяется от точки 2 до
точки 3, совершая работу – поднимая поршень. В результате он охлаждается до
температуры T2. После этого машину переставляют на холодильник, и газ
изотермически сжимается от точки 3 до точки 4, отдавая теплоту
холодильнику. Переставив затем машину снова на теплоизолированную
подставку, можно теперь адиабатически сжать газ от точки 4 до точки 1 и
вернуть его в исходное состояние (к прежним значениям температуры, объема и
давления), так что цикл может начаться снова.
Мерой полезной работы, совершенной машиной, является разность площадей
(рис. 3,а и б), показанная на рис. 3,в. Нетрудно сообразить, что при
заданном изменении объема эту разность площадей можно увеличить либо
повысив T1, либо понизив T2. Если же температура T1 фиксирована (а это
значит, что фиксировано полное количество подводимой теплоты), то работу,
производимую машиной, можно увеличить, только понизив T2. Таким образом,
какова бы ни была температура T1, отличная от абсолютного нуля, какая-то
часть подводимой теплоты не может быть превращена в
работу.
[pic]
Рис. 3. ЦИКЛ КАРНО на диаграмме объем – давление. Площади, выделенные
ретушью: а – работа, совершаемая газом; б – работа, совершаемая над газом;
в – разность площадей а и б, равная полезной работе, совершаемой машиной.
На изложенных соображениях основан вывод формулы Карно, которая дает
максимально возможный КПД идеальной тепловой машины, работающей при
заданной разности температур нагревателя и холодильника:
[pic]
Реальная машина не может работать с таким КПД, поскольку в ней неизбежны
трение и утечки тепла. Для паровой машины, работающей, например, при
температуре котла 130° C (403 К) и температуре конденсатора 30° C (303 К),
термодинамический КПД равен 100/403, т.е. меньше 25%.
[pic]
ЦИКЛ КАРНО для воображаемой машины, идеально теплоизолированной, с
фиксированным количеством рабочего газа и с поршнем, движущимся в рабочем
цилиндре без трения. Цикл состоит в переносе машины с нагревателя на
теплоизолированную подставку, затем на холодильник и снова на
теплоизолированную подставку. При расширении и сжатии газа поршень
перемещается.
[pic]
Цикл Карно
Теорема Карно: термический к. и. д. обратимого цикла Карно не зависит от
природы рабочего тела и является функцией только абсолютных температур
нагревателя (T1) и холодильника (T2):
? = (T1 - T2)/T1
Список литературы.
1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика 10.
2. Шахмаев Н.М. Физика 10.
3. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике - 1986 г.
4. Физика 10 под редакцией Пипского ( для школ и классов с
углубл.изуч.)
5. Кабардин О.Ф. и др. Факультативный курс физики 9 1986 г.
6. Свитков Л.П. Термодинамика и молекулярная физика 1970 г.
7. Кабардин О.Ф. и др. Задания для итогового контроля уч-ся по физике.
8. Мартынов И.М.
9. Хозяикова Э.Н. Дидактический материал по физике 9 кл. 1978 г.
10. Билимович Б.Ф. Тепловые явления в технике 1981 г.
Рецензия.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
______________
| |  скачать работу |
Теплоэнергетика |
