Презентация к уроку на тему "КПД тепловых двигателей"

Согласно закону сохранения энергии, работа,
совершаемая двигателем, равна:

где Q, — количество теплоты, полученное от
нагревателя. Q2 — количество теплоты, отданное
холодильнику.
Коэффициентом полезного действия
(КПД) теплового двигателя называется
отношение работы A', совершаемой двигателем, к
количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Так как у всех двигателей некоторое количество
теплоты передается холодильнику, то η < 1. КПД
теплового двигателя пропорционален разности
температур нагревателя и холодильника. При T1 –
T2 = 0 двигатель не может работать.

ЦИКЛ КАРНО
Цикл Карно — это круговой обратимый процесс,
состоящий из двух изотермических и
двух адиабатических процессов.
Впервые этот процесс был рассмотрен
французским инженером и ученым Н. Л. С. Карно в
1824 г. в книге «Размышления о движущей силе
огня и о машинах, способных развивать эту силу».
Целью исследований Карно было выяснение
причин несовершенства тепловых машин того
времени (они имели КПД ≤ 5 %) и поиски путей их
усовершенствования.

Выбор двух изотермических и
двух адиабатических процессов был обусловлен
тем, что работа газа при изотермическом
расширении совершается за счет внутренней
энергия нагревателя, а при адиабатном процессе
— за счет внутренней энергии расширяющегося
газа. В этом цикле исключен контакт тел с разной
температурой, следовательно, исключена
теплопередача без совершения работы.
Цикл Карно — самый эффективный из всех
возможных. Его КПД максимален.

На рисунке изображены
термодинамические
процессы цикла. В процессе
изотермического
расширения (1-2) при
температуре T1,
работа совершается за счет
изменения внутренней
энергии нагревателя, т. е. за
счет подведения к газу
количества теплоты Q:
A12 = Q1

Охлаждение газа перед
сжатием (3-4) происходит
при адиабатном
расширении (2-3).
Изменение внутренней
энергии ΔU23 при
адиабатном процессе (Q =
0) полностью преобразуется
в механическую работу:

A23 = -ΔU23

Температура газа в
результате
адиабатического
расширения (2-3)
понижается до
температуры
холодильника T2 < T1. В
процессе (3-4) газ
изотермически
сжимается, передавая
холодильнику количество
теплоты Q2:
A34 = Q2

Цикл завершается
процессом
адиабатического сжатия
(4-1), при котором газ
нагревается до
температуры Т1.

Максимальное значение КПД тепловых
двигателей, работающих на идеальном газе, по
циклу Карно:


Суть формулы  выражена в доказанной С. Карно
теореме о том, что КПД любого теплового
двигателя не может превышать КПД цикла Карно,
осуществляемого при той же температуре
нагревателя и холодильника.