Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen. Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine - Formel

Die vom Motor geleistete Arbeit ist gleich:

Dieser Vorgang wurde erstmals 1824 von dem französischen Ingenieur und Wissenschaftler NL S. Carnot in dem Buch "Reflexionen über die treibende Kraft des Feuers und über Maschinen, die diese Kraft entwickeln können" betrachtet.

Das Ziel von Carnots Forschung war es, die Gründe für die Unvollkommenheit der damaligen Wärmekraftmaschinen (sie hatten einen Wirkungsgrad von ≤ 5%) aufzuklären und nach Wegen zu ihrer Verbesserung zu suchen.

Der Carnot-Zyklus ist der effizienteste, der möglich ist. Seine Effizienz ist maximal.

Die Abbildung zeigt die thermodynamischen Prozesse des Kreislaufs. Im Prozess der isothermen Expansion (1-2) bei einer Temperatur T 1 , die Arbeit wird verrichtet, indem die innere Energie der Heizung verändert wird, d. h. indem dem Gas die Wärmemenge zugeführt wird Q:

EIN 12 = Q 1 ,

Die Gaskühlung vor der Kompression (3-4) erfolgt während der adiabatischen Expansion (2-3). Veränderung der inneren Energie U 23 im adiabatischen Prozess ( Q = 0) wird vollständig in mechanische Arbeit umgewandelt:

EIN 23 = -ΔU 23 ,

Die Gastemperatur infolge der adiabatischen Expansion (2-3) sinkt auf die Temperatur des Kühlschranks T 2 < T 1 ... Im Prozess (3-4) wird das Gas isotherm verdichtet und die Wärmemenge an den Kühlschrank übertragen Q2:

A34 = Q2,

Der Kreislauf endet mit dem adiabatischen Kompressionsprozess (4-1), bei dem das Gas auf eine Temperatur T 1.

Der maximale Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen, die mit idealem Gas betrieben werden, nach dem Carnot-Zyklus:

.

Die Essenz der Formel drückt sich in der bewährten MIT... Carnots Theorem, dass die Effizienz jeder Wärmekraftmaschine die Effizienz des Carnot-Zyklus nicht übersteigen kann, der bei der gleichen Temperatur von Heizung und Kühlschrank durchgeführt wird.

6.3. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

6.3.1. Effizienz Wärmekraftmaschinen. Carnot-Zyklus

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik entstand aus der Analyse des Betriebs von Wärmekraftmaschinen (Maschinen). In Kelvins Formulierung sieht das so aus: Ein Kreisprozess ist unmöglich, dessen einziges Ergebnis die Umwandlung der vom Heizkörper aufgenommenen Wärme in eine äquivalente Arbeit ist.

Das Funktionsschema einer Wärmekraftmaschine (Wärmekraftmaschine) ist in Abb. 6.3.

Reis. 6.3

Wärmekraftmaschinenzyklus besteht aus drei Stufen:

1) die Heizung überträgt die Wärmemenge Q 1 auf das Gas;

2) das sich ausdehnende Gas verrichtet Arbeit A;

3) Wärme Q 2 wird an den Kühlschrank übertragen, um das Gas wieder in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen.

Aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik für einen Kreisprozess

Q = A,

wobei Q die vom Gas pro Zyklus aufgenommene Wärmemenge ist, Q = Q 1 - Q 2; Q 1 - die Wärmemenge, die von der Heizung auf das Gas übertragen wird; Q 2 - die vom Gas an den Kühlschrank abgegebene Wärmemenge.

Daher gilt für eine ideale Wärmekraftmaschine die Gleichheit

Q1 - Q2 = A.

Wenn beim Betrieb von Wärmekraftmaschinen keine Energieverluste (durch Reibung und deren Abgabe an die Umgebung) auftreten, Energieerhaltungssatz

Q1 = A + Q2,

wobei Q 1 die vom Heizgerät auf das Arbeitsfluid (Gas) übertragene Wärme ist; A - Arbeit mit Gas; Q 2 ist die vom Gas an den Kühlschrank abgegebene Wärme.

Effizienz eine Wärmekraftmaschine wird mit einer der Formeln berechnet:

η = A Q 1 ⋅ 100%, η = Q 1 - Q 2 Q 1 ⋅ 100%, η = (1 - Q 2 Q 1) ⋅ 100%,

wobei A die vom Gas geleistete Arbeit ist; Q 1 - Wärme, die von der Heizung auf das Arbeitsmedium (Gas) übertragen wird; Q 2 ist die vom Gas an den Kühlschrank abgegebene Wärme.

Der Carnot-Zyklus wird am häufigsten in Wärmekraftmaschinen verwendet, da er am wirtschaftlichsten ist.

Der Carnot-Zyklus besteht aus zwei Isothermen und zwei Adiabaten, die in Abb. 6.4.

Reis. 6.4

Abschnitt 1–2 entspricht dem Kontakt des Arbeitsstoffes (Gas) mit dem Erhitzer. In diesem Fall überträgt der Erhitzer Wärme Q 1 auf das Gas und eine isotherme Expansion des Gases erfolgt bei der Erhitzertemperatur T 1. Das Gas leistet positive Arbeit (A 12> 0), seine innere Energie ändert sich nicht (∆U 12 = 0).

Abschnitt 2–3 entspricht der adiabatischen Expansion des Gases. In diesem Fall findet kein Wärmeaustausch mit der äußeren Umgebung statt, die geleistete positive Arbeit A 23 führt zu einer Abnahme der inneren Energie des Gases: ∆U 23 = −A 23, das Gas wird auf die Temperatur des Kühlschranks abgekühlt T 2.

Abschnitt 3-4 entspricht dem Kontakt des Arbeitsstoffes (Gas) mit dem Kühlschrank. In diesem Fall wird der Kältemaschine Wärme Q 2 aus dem Gas zugeführt und es erfolgt eine isotherme Verdichtung des Gases bei der Temperatur der Kältemaschine T 2. Gas verrichtet negative Arbeit (A 34< 0), его внутренняя энергия не изменяется (∆U 34 = 0).

Abschnitt 4–1 entspricht der adiabatischen Gaskompression. In diesem Fall findet kein Wärmeaustausch mit der äußeren Umgebung statt, die geleistete negative Arbeit A 41 führt zu einer Erhöhung der inneren Energie des Gases: ∆U 41 = −A 41, das Gas wird auf die Heizungstemperatur T 1 . erhitzt , dh kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück.

Der Wirkungsgrad einer nach dem Carnot-Zyklus arbeitenden Wärmekraftmaschine wird nach einer der folgenden Formeln berechnet:

η = T 1 - T 2 T 1 ⋅ 100 %, η = (1 - T 2 T 1) ⋅ 100 %,

wobei T 1 die Heizelementtemperatur ist; T 2 ist die Temperatur des Kühlschranks.

Beispiel 9. Eine ideale Wärmekraftmaschine leistet pro Zyklus 400 J. Welche Wärmemenge wird in diesem Fall an den Kühlschrank abgegeben, wenn der Wirkungsgrad der Maschine 40 % beträgt?

Lösung . Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine wird durch die Formel bestimmt

η = A Q 1 ⋅ 100 %,

wobei A die vom Gas pro Zyklus geleistete Arbeit ist; Q 1 - die Wärmemenge, die von der Heizung auf das Arbeitsmedium (Gas) übertragen wird.

Der gewünschte Wert ist die Wärmemenge Q 2 , die vom Arbeitsmedium (Gas) an den Kühlschrank übertragen wird, die in der geschriebenen Formel nicht enthalten ist.

Der Zusammenhang zwischen der Arbeit A, der vom Heizgerät auf das Gas übertragenen Wärme Q 1 und dem Sollwert Q 2 wird mit dem Energieerhaltungssatz für eine ideale Wärmekraftmaschine hergestellt

Q1 = A + Q2.

Die Gleichungen bilden das System

η = A Q 1 ⋅ 100 %, Q 1 = A + Q 2,)

was für Q 2 gelöst werden muss.

Um dies zu tun, schließen wir Q 1 aus dem System aus und drücken aus jeder Gleichung

Q 1 = A η ⋅ 100 %, Q 1 = A + Q 2)

und Schreiben der Gleichheit der rechten Seiten der erhaltenen Ausdrücke:

A η ⋅ 100 % = A + Q 2.

Der gesuchte Wert wird durch die Gleichheit bestimmt

Q 2 = A η ⋅ 100% - A = A (100% η - 1).

Die Rechnung ergibt den Wert:

Q 2 = 400 ⋅ (100 % 40 % - 1) = 600 J.

Die Wärmemenge, die pro Zyklus vom Gas zum Kühlschrank einer idealen Wärmekraftmaschine übertragen wird, beträgt 600 J.

Beispiel 10. In einer idealen Wärmekraftmaschine werden 122 kJ/min von der Heizung an das Gas geliefert und 30,5 kJ/min werden vom Gas an den Kühler übertragen. Berechnen Sie den Wirkungsgrad dieser idealen Wärmekraftmaschine.

Lösung . Um den Wirkungsgrad zu berechnen, verwenden wir die Formel

η = (1 - Q 2 Q 1) ⋅ 100 %,

wo Q 2 - die Wärmemenge, die pro Zyklus vom Gas zum Kühlschrank übertragen wird; Q 1 - die Wärmemenge, die pro Zyklus von der Heizung auf das Arbeitsmedium (Gas) übertragen wird.

Wir transformieren die Formel, indem wir Zähler und Nenner des Bruchs durch die Zeit t dividieren:

η = (1 - Q 2 / t Q 1 / t) ⋅ 100 %,

wobei Q 2 / t die Wärmeübertragungsrate vom Gas zum Kühlschrank ist (die Wärmemenge, die pro Sekunde vom Gas zum Kühlschrank übertragen wird); Q 1 / t ist die Wärmeübertragungsrate vom Heizgerät zum Arbeitsmedium (die Wärmemenge, die pro Sekunde vom Heizgerät auf das Gas übertragen wird).

In der Problemstellung wird die Wärmeübertragungsrate in Joule pro Minute angegeben; Übersetzen wir es in Joule pro Sekunde:

• von der Heizung zum Gas -

Q 1 t = 122 kJ / min = 122 ⋅ 10 3 60 J / s;

• vom Gas zum Kühlschrank -

Q 2 t = 30,5 kJ / min = 30,5 ⋅ 10 3 60 J / s.

Berechnen wir den Wirkungsgrad dieser idealen Wärmekraftmaschine:

= (1 - 30,5 10 3 60 ⋅ 60 122 ⋅ 10 3) ⋅ 100 % = 75 %.

Beispiel 11. Der Wirkungsgrad einer nach dem Carnot-Zyklus arbeitenden Wärmekraftmaschine beträgt 25 %. Wie oft erhöht sich der Wirkungsgrad, wenn die Heizungstemperatur erhöht und die Kühlschranktemperatur um 20 % gesenkt wird?

Lösung . Der Wirkungsgrad einer idealen Wärmekraftmaschine, die nach dem Carnot-Zyklus arbeitet, wird durch folgende Formeln bestimmt:

• bevor Sie die Temperaturen von Heizung und Kühlschrank ändern -

η 1 = (1 - T 2 T 1) ⋅ 100 %,

wobei T 1 die Anfangstemperatur der Heizung ist; T 2 ist die Anfangstemperatur des Kühlschranks;

• nach Änderung der Temperaturen von Heizung und Kühlschrank -

η 2 = (1 - T ′ 2 T ′ 1) ⋅ 100 %,

wobei T ′ 1 die neue Heizelementtemperatur ist, T ′ 1 = 1,2 T 1; T ′ 2 ist die neue Temperatur des Kühlschranks, T ′ 2 = 0,8 T 2.

Die Gleichungen für den Wirkungsgrad bilden das System

η 1 = (1 - T 2 T 1) ⋅ 100 %, η 2 = (1 - 0,8 T 2 1,2 T 1) ⋅ 100 %,)

die nach η 2 aufgelöst werden muss.

Aus der ersten Gleichung des Systems ergibt sich unter Berücksichtigung des Wertes η 1 = 25% das Temperaturverhältnis

T 2 T 1 = 1 - η 1 100 % = 1 - 25 % 100 % = 0,75

und setze in die zweite Gleichung ein

2 = (1 - 0,8 1,2 ⋅ 0,75) ⋅ 100 % = 50 %.

Das gewünschte Verhältnis der Effizienz ist gleich:

2 η 1 = 50 % 25 % = 2,0.

Folglich führt die angezeigte Temperaturänderung der Heizung und des Kühlschranks der Wärmekraftmaschine zu einer Effizienzsteigerung um den Faktor 2.

Wärmekraftmaschine- ein Motor, bei dem die innere Energie des verbrennenden Kraftstoffs in mechanische Arbeit umgewandelt wird.

Jede Wärmekraftmaschine besteht aus drei Hauptteilen: Heizung, Arbeitsflüssigkeit(Gas, Flüssigkeit usw.) und Kühlschrank... Der Betrieb des Motors basiert auf einem zyklischen Prozess (dies ist ein Prozess, bei dem das System in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt).

Carnot-Zyklus

In Wärmekraftmaschinen streben sie eine möglichst vollständige Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie an. Maximale Effizienz.

Die Abbildung zeigt die Zyklen, die in einem Benzinvergasermotor und einem Dieselmotor verwendet werden. In beiden Fällen ist das Arbeitsmedium ein Gemisch aus Benzin- oder Dieseldämpfen mit Luft. Der Zyklus eines Vergaser-Verbrennungsmotors besteht aus zwei Isochoren (1–2, 3–4) und zwei Adiabaten (2–3, 4–1). Ein Diesel-Verbrennungsmotor arbeitet in einem Zyklus bestehend aus zwei Adiabaten (1-2, 3-4), einer Isobaren (2-3) und einer Isochore (4-1). Der tatsächliche Wirkungsgrad für einen Vergasermotor beträgt etwa 30%, für einen Dieselmotor etwa 40%.

Der französische Physiker S. Carnot entwickelte die Arbeit einer idealen Wärmekraftmaschine. Der Arbeitsteil eines Carnot-Motors kann man sich als Kolben in einem gasgefüllten Zylinder vorstellen. Da der Carnot-Motor die Maschine ist rein theoretisch, also ideal, die Reibungskräfte zwischen Kolben und Zylinder und die Wärmeverluste werden mit Null angenommen. Die mechanische Arbeit ist maximal, wenn das Arbeitsmedium einen Kreislauf aus zwei Isothermen und zwei Adiabaten durchführt. Dieser Zyklus heißt Carnot-Zyklus.

Abschnitt 1-2: Das Gas erhält die Wärmemenge Q 1 vom Erhitzer und dehnt sich bei der Temperatur T 1 . isotherm aus

Abschnitt 2-3: das Gas dehnt sich adiabatisch aus, die Temperatur sinkt auf die Kühlschranktemperatur T 2

Abschnitt 3-4: Das Gas wird exotherm verdichtet, dabei gibt es dem Kühlschrank die Wärmemenge Q 2

Abschnitt 4-1: Das Gas wird adiabatisch komprimiert, bis seine Temperatur auf T 1 ansteigt.

Die vom Arbeitsorgan geleistete Arbeit ist die Fläche der resultierenden Zahl 1234.

Ein solcher Motor funktioniert wie folgt:

1. Zuerst kommt der Zylinder mit dem heißen Reservoir in Kontakt und das ideale Gas dehnt sich bei konstanter Temperatur aus. Während dieser Phase erhält das Gas eine gewisse Wärmemenge aus dem heißen Reservoir.

2. Der Zylinder wird dann von einer perfekten Wärmeisolierung umgeben, wodurch die dem Gas zur Verfügung stehende Wärmemenge erhalten bleibt und das Gas weiter expandiert, bis seine Temperatur auf die Temperatur eines kalten Wärmespeichers sinkt.

3. In der dritten Phase wird die Wärmedämmung entfernt und das Gas in der Flasche, das mit dem Kältespeicher in Kontakt steht, komprimiert, wodurch ein Teil der Wärme an den Kältespeicher abgegeben wird.

4. Wenn die Kompression einen bestimmten Punkt erreicht, wird der Zylinder wieder von einer Wärmeisolierung umgeben und das Gas wird durch Anheben des Kolbens komprimiert, bis seine Temperatur der Temperatur des heißen Reservoirs entspricht. Danach wird die Wärmedämmung entfernt und der Zyklus ab der ersten Phase wiederholt.

Im theoretischen Modell einer Wärmekraftmaschine werden drei Körper betrachtet: Heizung, Arbeitsorgan und Kühlschrank.

Eine Heizung ist ein Wärmespeicher (großer Körper), dessen Temperatur konstant ist.

In jedem Betriebszyklus des Motors erhält das Arbeitsfluid eine bestimmte Wärmemenge von der Heizung, dehnt sich aus und verrichtet mechanische Arbeit. Die Übertragung eines Teils der vom Heizgerät aufgenommenen Energie auf den Kühlschrank ist erforderlich, um das Arbeitsfluid in seinen ursprünglichen Zustand zurückzuführen.

Da das Modell davon ausgeht, dass sich die Temperatur der Heizung und des Kühlschranks während des Betriebs der Wärmekraftmaschine nicht ändert, wird am Ende des Zyklus: Erwärmung-Ausdehnung-Kühlung-Kompression des Arbeitsfluids davon ausgegangen, dass die Maschine kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück.

Für jeden Zyklus können wir basierend auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik aufschreiben, dass die Wärmemenge Q Wärme, die von der Heizung empfangen wird, die Wärmemenge | Q kalt | in den Kühlschrank gegeben und durch den arbeitenden Körper perfekt funktionieren EIN hängen durch das Verhältnis zusammen:

EIN = Q laden - | Q kalt |.

In realen technischen Geräten, die als Wärmekraftmaschinen bezeichnet werden, wird das Arbeitsmedium durch die bei der Verbrennung von Kraftstoff freigesetzte Wärme erhitzt. In einer Dampfturbine eines Kraftwerks ist der Erhitzer also ein heißer Kohleofen. In einem Verbrennungsmotor (ICE) können Verbrennungsprodukte als Heizgerät betrachtet werden und überschüssige Luft kann als Arbeitsfluid betrachtet werden. Als Kühlschrank nutzen sie atmosphärische Luft oder Wasser aus natürlichen Quellen.

Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine (Maschine)

Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine (Effizienz) ist das Verhältnis der vom Motor geleisteten Arbeit zur vom Heizgerät aufgenommenen Wärmemenge:

Der Wirkungsgrad jeder Wärmekraftmaschine ist kleiner als eins und wird in Prozent ausgedrückt. Die Unmöglichkeit, die gesamte vom Heizgerät aufgenommene Wärmemenge in mechanische Arbeit umzuwandeln, ist eine Bezahlung für die Notwendigkeit, einen Kreisprozess zu organisieren und folgt aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

Bei realen Wärmekraftmaschinen wird der Wirkungsgrad durch die experimentelle mechanische Leistung bestimmt n Motor und die pro Zeiteinheit verbrannte Kraftstoffmenge. Also, wenn rechtzeitig T Massenkraftstoff verbrannt m und spezifische Verbrennungswärme Q, dann

Bei Fahrzeugen ist das Bezugsmerkmal oft das Volumen V Kraftstoff verbrannt auf dem Weg S mit mechanischer Motorleistung n und mit Geschwindigkeit. In diesem Fall kann unter Berücksichtigung der Dichte r des Kraftstoffs die Formel zur Berechnung des Wirkungsgrads geschrieben werden:

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Es gibt mehrere Formulierungen Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik... Einer von ihnen sagt, dass eine Wärmekraftmaschine unmöglich ist, die nur auf Kosten einer Wärmequelle arbeiten würde, d.h. ohne Kühlschrank. Die Ozeane könnten für ihn praktisch eine unerschöpfliche Quelle innerer Energie sein (Wilhelm Friedrich Ostwald, 1901).

Andere Formulierungen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik sind dieser äquivalent.

Der Wortlaut von Clausius(1850): Ein Prozess, bei dem Wärme spontan von weniger erhitzten Körpern auf stärker erhitzte Körper übergeht, ist unmöglich.

Thomsons Formulierung(1851): Ein Kreislaufprozess ist unmöglich, dessen einziges Ergebnis die Produktion von Arbeit durch Reduzierung der inneren Energie des Wärmespeichers wäre.

Der Wortlaut von Clausius(1865): alle spontanen Prozesse in einem geschlossenen Nichtgleichgewichtssystem laufen in einer Richtung ab, in der die Entropie des Systems zunimmt; im thermischen Gleichgewicht ist sie maximal und konstant.

Boltzmanns Formulierung(1877): Ein geschlossenes System vieler Teilchen geht spontan von einem geordneteren in einen weniger geordneten über. Der spontane Austritt des Systems aus der Gleichgewichtslage ist unmöglich. Boltzmann führte ein quantitatives Maß für die Unordnung in einem aus vielen Körpern bestehenden System ein - Entropie.

Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine mit einem idealen Gas als Arbeitsmedium

Liegt ein Modell des Arbeitsmediums in einer Wärmekraftmaschine vor (zB ein ideales Gas), so kann die Änderung der thermodynamischen Parameter des Arbeitsmediums bei Expansion und Kontraktion berechnet werden. Damit lässt sich der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine nach den Gesetzen der Thermodynamik berechnen.

Die Abbildung zeigt die Zyklen, für die der Wirkungsgrad berechnet werden kann, wenn das Arbeitsmedium ein ideales Gas ist und die Parameter an den Übergangspunkten von einem thermodynamischen Prozess zu einem anderen eingestellt werden.

Carnot-Zyklus. Wirkungsgrad einer idealen Wärmekraftmaschine

Höchste Effizienz bei gegebenen Heiztemperaturen T Wärme und Kühlschrank T die Kälte hat eine Wärmekraftmaschine, bei der sich das Arbeitsmedium ausdehnt und zusammenzieht der Carnot-Zyklus(Abb. 2), dessen Grafik aus zwei Isothermen (2–3 und 4–1) und zwei Adiabaten (3–4 und 1–2) besteht.

Satz von Carnot beweist, dass der Wirkungsgrad eines solchen Motors nicht vom verwendeten Arbeitsmedium abhängt und kann daher mit den thermodynamischen Beziehungen für ein ideales Gas berechnet werden:

Umweltauswirkungen von Wärmekraftmaschinen

Der intensive Einsatz von Wärmekraftmaschinen in Verkehr und Energie (Wärme- und Kernkraftwerke) hat erhebliche Auswirkungen auf die Biosphäre der Erde. Obwohl es wissenschaftliche Streitigkeiten über die Mechanismen des Einflusses des menschlichen Lebens auf das Erdklima gibt, stellen viele Wissenschaftler die Faktoren fest, aufgrund derer ein solcher Einfluss auftreten kann:

1. Der Treibhauseffekt ist eine Erhöhung der Konzentration von Kohlendioxid (ein Produkt der Verbrennung in Heizungen von Wärmekraftmaschinen) in der Atmosphäre. Kohlendioxid überträgt sichtbare und ultraviolette Strahlung von der Sonne, absorbiert jedoch Infrarotstrahlung, die von der Erde in den Weltraum gelangt. Dies führt zu einem Anstieg der Temperatur der unteren Atmosphäre, verstärkten Hurrikanwinden und einer globalen Eisschmelze.
2. Direkter Einfluss giftiger Abgase auf Wildtiere (Karzinogene, Smog, saurer Regen aus Verbrennungsnebenprodukten).
3. Abbau der Ozonschicht bei Flugzeugflügen und Raketenstarts. Ozon in der oberen Atmosphäre schützt alles Leben auf der Erde vor übermäßiger ultravioletter Strahlung der Sonne.

Der Ausweg aus der aufkommenden Umweltkrise liegt in der Steigerung der Effizienz von Wärmekraftmaschinen (die Effizienz moderner Wärmekraftmaschinen übersteigt selten 30%); Verwendung von wartungsfähigen Motoren und Neutralisatoren für schädliche Abgase; die Nutzung alternativer Energiequellen (Sonnenkollektoren und Heizungen) und alternativer Transportmittel (Fahrräder usw.).

Wenn wir über die Reversibilität von Prozessen sprechen, sollte man bedenken, dass es sich hierbei um eine Art Idealisierung handelt. Alle realen Prozesse sind irreversibel, daher sind auch die Zyklen, nach denen Wärmekraftmaschinen arbeiten, irreversibel und daher kein Gleichgewicht. Um die quantitativen Schätzungen solcher Zyklen zu vereinfachen, ist es jedoch notwendig, sie als Gleichgewicht zu betrachten, dh als ob sie nur aus Gleichgewichtsprozessen bestünden. Dies wird von einem gut entwickelten Apparat der klassischen Thermodynamik benötigt.

Der berühmte Zyklus eines idealen Carnot-Motors wird als ein inverser Kreisprozess im Gleichgewicht betrachtet. Im wirklichen Leben ist möglicherweise nicht jeder Zyklus perfekt, da es Verluste gibt. Sie findet zwischen zwei Wärmequellen mit konstanten Temperaturen am Wärmetauscher statt T 1 und Kühlkörper T 2, sowie das Arbeitsfluid, das als ideales Gas genommen wird (Abb. 3.1).

Reis. 3.1. Wärmekraftmaschinenzyklus

Wir nehmen an, dass T 1 > T 2 und die Wärmeabfuhr vom Kühlkörper und die Wärmezufuhr zum Kühlkörper haben keinen Einfluss auf ihre Temperaturen, T 1 und T 2 gleich bleiben. Lassen Sie uns die Parameter des Gases an der linken äußersten Position des Kolbens der Wärmekraftmaschine bezeichnen: Druck - R 1 Lautstärke - V 1, Temperatur T 1. Dies ist Punkt 1 auf dem Diagramm auf den Achsen P-V. In diesem Moment interagiert das Gas (Arbeitsmedium) mit dem Wärmetauscher, dessen Temperatur ebenfalls T 1. Bewegt sich der Kolben nach rechts, sinkt der Gasdruck im Zylinder und das Volumen nimmt zu. Dies wird fortgesetzt, bis der Kolben die durch Punkt 2 bestimmte Position erreicht, in der die Parameter des Arbeitsmediums (Gas) die Werte P 2, V 2 annehmen, T 2... Die Temperatur an dieser Stelle bleibt unverändert, da die Temperatur des Gases und des Kühlkörpers beim Übergang des Kolbens von Punkt 1 zu Punkt 2 (Ausdehnung) gleich ist. Ein solcher Prozess, bei dem Tändert sich nicht, heißt isotherm und Kurve 1-2 heißt Isotherme. Dabei wird Wärme vom Wärmetauscher auf das Arbeitsmedium übertragen Q 1.

An Punkt 2 ist der Zylinder vollständig von der äußeren Umgebung isoliert (es findet kein Wärmeaustausch statt) und bei weiterer Bewegung des Kolbens nach rechts sinkt der Druck und das Volumen nimmt entlang der Kurve 2–3 zu, die als bezeichnet wird adiabat(Prozess ohne Wärmeaustausch mit der Außenumgebung). Wenn sich der Kolben in die äußerste rechte Position bewegt (Punkt 3), endet der Expansionsprozess und die Parameter haben die Werte P 3, V 3 und die Temperatur entspricht der Temperatur des Kühlkörpers T 2. Mit dieser Stellung des Kolbens nimmt die Isolation des Arbeitsmediums ab und es wirkt mit dem Kühlkörper zusammen. Wenn wir nun den Druck auf den Kolben erhöhen, bewegt er sich bei konstanter Temperatur nach links T 2(Kompression). Dies bedeutet, dass dieser Kompressionsprozess isotherm ist. Dabei wird die Wärme Q2 vom Arbeitsmedium zum Kühlkörper übergeht. Der Kolben, der sich nach links bewegt, kommt zu Punkt 4 mit Parametern P4, V4 und T 2 , wo das Arbeitsfluid wieder von der äußeren Umgebung isoliert ist. Eine weitere Kompression erfolgt entlang des Adiabat 4–1 mit steigender Temperatur. An Punkt 1 endet die Verdichtung mit den Parametern des Arbeitsmediums P1, V1, T1... Der Kolben ist in seinen ursprünglichen Zustand zurückgekehrt. An Punkt 1 wird die Isolierung des Arbeitsfluids von der äußeren Umgebung entfernt und der Zyklus wird wiederholt.

Die Effizienz eines idealen Carnot-Motors.