). Die Umwandlung erfolgt durch Änderung der inneren Energie des Arbeitsmediums - in der Praxis meist Dampf oder Gas.
Ideale Wärmekraftmaschine- eine Maschine, bei der die geleistete Arbeit und die Differenz zwischen zugeführter und abgeführter Wärmemenge gleich sind. Die Arbeit einer idealen Wärmekraftmaschine wird durch den Carnot-Zyklus beschrieben.
Während des Betriebs wird ein Teil der Wärme Q1 von der Heizung auf das Arbeitsmedium und dann ein Teil der Energie Q2 auf den Kühlschrank übertragen, der die Maschine kühlt. Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine berechnet sich nach der Formel ((Q1-Q2) / Q1) x100.
Regelmäßig funktionierender Motor Das Verrichten von Arbeit aufgrund der von außen aufgenommenen Wärme wird genannt Wärmekraftmaschine.
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WÄRMEMASCHINE Großes enzyklopädisches Wörterbuch
WÄRMEMASCHINE- WÄRMEMASCHINE, ein Gerät, das Wärme in Arbeit (Wärmekraftmaschine) oder umgekehrt Arbeit in Wärme (Kühlschrank) umwandelt. Der Betrieb einer Wärmekraftmaschine basiert auf einem thermodynamischen Zyklus, der von einem Arbeitsfluid ... ... Moderne Enzyklopädie
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Wärmekraftmaschine- šiluminė mašina statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Wärmekraftmaschine vo. Wärmekraftmaschine, fr rus. Wärmekraftmaschine, f pran. Maschine thermique, f… Fizikos terminų žodynas
Wärmemaschine Spezielle Verarbeitungsmaschinen- eine Reihe von Sonderausstattungen, die auf dem Autochassis montiert sind Offroad... Sie Spezialausrüstung besteht aus folgenden Hauptsystemen und Baugruppen: einem Turbojet-Triebwerk, Drehvorrichtung, Fahrerkabine, ... ... Notfall-Wörterbuch
Wärmekraftmaschinen-Sonderbehandlung- šiluminė specialiojo švarinimo mašina statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Specialiojo švarinimo įrenginys, kuriame naudojamas aviacinis reaktyvinis variklis; švarinama dujų ir lašų arba tiktai dujų srautu. Gali būti ... ... Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas
Carnot Wärmekraftmaschine- ... Wikipedia
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Ideale Wärmekraftmaschine- Eine Wärmekraftmaschine ist ein Gerät, das Wärmeenergie in mechanische Arbeit(Wärmekraftmaschine) oder mechanische Wärmearbeit (Kühlschrank). Die Umwandlung erfolgt durch Veränderung der inneren Energie des Arbeitsmediums in der Praxis ... ... Wikipedia
Die meisten von Menschen verwendeten Motoren sind Wärmekraftmaschinen. Geräte, die Brennstoffenergie in mechanische Energie umwandeln, werden als Wärmekraftmaschinen bezeichnet.
Jede Wärmekraftmaschine (Dampf- und Gasturbinen, Motoren Verbrennungs) besteht aus drei Hauptelemente: Arbeitsflüssigkeit(das ist das Gas), das die Arbeit im Motor verrichtet; Heizung, aus denen Arbeitsorgan erhält Energie, von der ein Teil dann zur Verrichtung von Arbeit verwendet wird; Kühlschrank, das ist die Atmosphäre oder spezielle Geräte.
Notwendigerweise ist die Temperatur der Heizung höher als die Temperatur des Kühlschranks.
Der Arbeitskörper des Motors erhält die Wärmemenge Qn von der Heizung, führt Arbeit A aus und überträgt die Wärmemenge Qx an den Kühlschrank.
Der Wirkungsgrad des Motors wird durch den Koeffizienten charakterisiert nützliche Aktion(Effizienz).
Es ist gleich dem Verhältnis von Arbeit zu Energie, das das Arbeitsfluid von der Heizung erhält.
Dampf oder Gasturbine, Verbrennungsmotor, Düsentriebwerk werden mit fossilen Brennstoffen betrieben. Beim Betrieb zahlreicher Wärmekraftmaschinen treten Wärmeverluste auf, die letztendlich zu einer Erhöhung der inneren Energie der Atmosphäre, d. h. zu einer Erhöhung ihrer Temperatur, führen. Dies kann zum Abschmelzen von Gletschern und einem katastrophalen Anstieg des Weltmeeres führen und gleichzeitig zu globale Veränderung natürliche Bedingungen. Beim Betrieb von thermischen Anlagen und Motoren werden für Mensch, Tier und Pflanzen schädliche Stickstoff-, Kohlenstoff- und Schwefeloxide in die Atmosphäre abgegeben. Den schädlichen Auswirkungen des Betriebs von Wärmekraftmaschinen kann entgegengewirkt werden, indem der Wirkungsgrad erhöht, angepasst und neue Motoren geschaffen werden, die keine Emissionen erzeugen Schadstoffe mit Abgasen.
Wärmemaschinen in der Produktion und im Alltag weit verbreitet. Leistungsstarke Diesellokomotiven fahren Züge über Schienen, Motorschiffe fahren über Wasserstraßen. Millionen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor befördern Fracht und Passagiere. Hubkolben, Turboprop und Turbojet-Triebwerke mit Flugzeugen und Hubschraubern ausgestattet. Mit der Hilfe Raketentriebwerke künstliche Satelliten werden gestartet, Raumschiffe und Stationen. Verbrennungsmotoren sind das Rückgrat der Mechanisierung Herstellungsprozesse v Landwirtschaft... Sie werden an Traktoren, Mähdreschern, selbstfahrenden Fahrgestellen und Pumpstationen installiert. Eine Diesellokomotive ist eine autonome Lokomotive, die eine thermische Kolbenmotor Verbrennungs - Dieselmotor, der Wert der effektiven Effizienz erreicht 40-45%. Anwendung Dieselmotor anstelle eines Dampfkraftwerks sorgt eine Dampflokomotive hohes Niveau die Effizienz einer Diesellokomotive (26-31%), die die Effizienz einer Dampflokomotive um das 4-5-fache übertrifft.
Ticketnummer 14
Elementare elektrische Ladung; zwei Arten von elektrischen Ladungen, das Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung; Coulomb-Gesetz. Elektrisches Feld: elektrische Feldstärke, elektrische Feldstärkelinien.
Die elektrische Ladung wird normalerweise durch Buchstaben angegeben Q oder Q.
Die Gesamtheit aller bekannten experimentellen Fakten führt zu folgenden Schlussfolgerungen:
· Es gibt zwei Arten von elektrischen Ladungen, die konventionell als positiv und negativ bezeichnet werden.
· Ladungen können (zB durch direkten Kontakt) von einem Körper auf einen anderen übertragen werden Ein und derselbe Körper kann unter verschiedenen Bedingungen eine unterschiedliche Ladung haben.
· Gleiche Ladungen stoßen ab, ungleiche Ladungen ziehen an.
Eines der grundlegenden Naturgesetze ist die experimentell festgestellte Gesetz zur Erhaltung der elektrischen Ladung .
In einem isolierten System bleibt die algebraische Summe der Ladungen aller Körper konstant:
|
Das Gesetz von der Erhaltung der elektrischen Ladung besagt, dass in einem geschlossenen Körpersystem die Prozesse des Entstehens oder Verschwindens von Ladungen nur eines Zeichens nicht beobachtet werden können.
Elementarteilchen sind aus heutiger Sicht Ladungsträger. Die elektrischen Ladungen eines Protons und eines Elektrons sind in absoluten Werten genau gleich und entsprechen der Elementarladung
e = 1,6 .
Eine Ladung kann nur in Portionen von einem Körper auf einen anderen übertragen werden, die eine ganze Zahl von Elementarladungen enthalten.
Coulombs Experimente haben die Wechselwirkung zwischen Kugeln gemessen, deren Abmessungen viel kleiner sind als der Abstand zwischen ihnen. Solche geladenen Körper werden normalerweise als Punktgebühren.
Eine Punktladung ist ein geladener Körper, dessen Dimensionen unter den Bedingungen dieses Problems vernachlässigt werden können.
Basierend auf zahlreichen Experimenten etablierte Coulomb nächstes Gesetz:
Die Wechselwirkungskräfte stationärer Ladungen sind direkt proportional zum Produkt der Ladungsmodule und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen:
Die Erfahrung zeigt, dass die Kräfte der Coulomb-Wechselwirkung dem Superpositionsprinzip gehorchen.
Wenn ein geladener Körper gleichzeitig mit mehreren geladenen Körpern wechselwirkt, dann ist die resultierende Kraft, die auf einen gegebenen Körper wirkt, gleich der Vektorsumme der Kräfte, die von allen anderen geladenen Körpern auf diesen Körper einwirken.
ELEKTRISCHES FELD- existiert materiell um eine elektrische Ladung herum.
Die Haupteigenschaft eines elektrischen Feldes: Einwirkung einer Kraft auf eine darin eingebrachte elektrische Ladung.
Elektrostatisches Feld- das Feld einer stationären elektrischen Ladung.
Elektrische Feldstärke- Leistungskennlinie elektrisches Feld.
ist das Verhältnis der Kraft, mit der das Feld auf die eingebrachte Punktladung einwirkt, zur Größe dieser Ladung.
- hängt nicht von der Höhe der eingebrachten Ladung ab, sondern charakterisiert das elektrische Feld!
Richtung des Spannungsvektors
fällt mit der Richtung des Kraftvektors zusammen, der auf die positive Ladung wirkt, und entgegengesetzt zur Richtung der Kraft, die auf die negative Ladung wirkt.
Stromleitungen elektrisches Feld - durchgehende Linien, die die Vektoren der Stärke des elektrischen Feldes an diesen Punkten tangieren.
Homogenes E-Feld- die Feldstärke ist an allen Punkten dieses Feldes gleich.
Leyline-Eigenschaften: nicht geschlossen (von + Ladung zu - gehen), durchgehend, nicht überschneiden,
ihre Dichte gibt die Feldstärke an (je dicker die Linien, desto größer die Intensität).
Galina Denisenko 06.02.2016 11:31
Wenn gm die vom Heizgerät der Wärmekraftmaschine übertragene Wärme ist, wird die Arbeit als DIFFERENZ berechnet und nicht die SUMME von gm und Q des Kühlers. Bitte kreuzen Sie die richtige Antwort an und ersetzen Sie "4" durch "3". Vielen Dank, mit freundlichen Grüßen Denisenko G.B. Physik Lehrer.
Anton
Der Zustand des Problems ist falsch. Es wird darauf hingewiesen, dass es daher hinzugefügt werden muss.
der Gast 03.03.2016 19:29
Guten Tag!
Ich glaube, dass der Zustand dieses Problems aus den folgenden Gründen falsch ist.
Im Zustand des Problems heißt es, dass "der Arbeitskörper der Maschine übertragen"
zum Kühlschrank die Wärmemenge Qhol< 0". Но если Qхол - это
die Wärmemenge, die vom Arbeitsmedium auf den Kühlschrank übertragen wird, dann das Zeichen
Qkalt> 0 - bedeutet die Richtung des Wärmeflusses - vom Kühlschrank nach
die Heizung und das Zeichen (wie in der Problembeschreibung) Qhol< 0 - означает, что
der Wärmestrom wird vom Kühlschrank zum Heizgerät (!) geleitet, was
widerspricht dem zweiten Hauptsatz (Anfang) der Thermodynamik!
Qhol ist traditionell die vom Arbeitsfluid übertragene Wärmemenge
Kühlschrank, ist ein Wert größer Null (positiv), was
spiegelt die Einhaltung der Gesetze der Thermodynamik wider.
Formel für Effizienz Wärmekraftmaschine in der Form n = (Q1 + Q2) / Q1 (mit dem Vorzeichen
"+" zwischen Q1 und Q2) sind in einigen Tutorials und Referenzen enthalten
Literatur, aber in diesem Fall wird angenommen, dass Q1 die Wärmemenge ist,
vom Arbeitsfluid von der Heizung aufgenommen, und Q2 ist die Menge
die Wärme, die von der Arbeitsflüssigkeit vom Kühlschrank EMPFANGEN wird, während Q2< 0 ,
und das bedeutet, dass das Arbeitsfluid die Menge an den Kühlschrank überträgt
Wärme -Q2 (mit einem Minuszeichen). Siehe zum Beispiel: Yavorsky B.M. und
Detlaf A.A. Physik-Handbuch: 2. Aufl., Rev. - Ich bin zu Hause
Ausgabe physikalischer und mathematischer Literatur, 1985, - S. 119, Absatz 7.
Angesichts des oben Gesagten glaube ich, dass der Zustand dieses Problems und seine Lösung
sollte entsprechend überarbeitet (korrigiert) werden.
Auf der anderen Seite die Produktion selbst
mit der wahl der "richtigen" formeln ist albern, auch wenn das vorzeichen in der ungleichung korrigiert wird.
Hochachtungsvoll, Ershov Alexander Petrovich, Doc. physische-Matte. Sci., Professor, Leiter des Labors für Explosionsphysik
Institut für Hydrodynamik. M. A. Lavrentieva
Sibirischer Zweig der Russischen Akademie der Wissenschaften
http://www.hydro.nsc.ru/structure/persons/index.php?id=68
der Gast 05.03.2016 16:41
Sehr geehrter Herausgeber! In der Thermodynamik gilt eine Regel: Nimmt man die vom Körper abgegebene Wärmemenge als Q, dann bedeutet Q> 0, dass der Wärmestrom vom Körper zu einem anderen Körper (n) geleitet wird (der Körper verliert Wärme in der Menge von Q) und Q<0 при этом означает, что поток тепла направлен к телу (тело получает тепло в количестве |Q|). Поэтому, условие Qхол<0 означает, что рабочее тело фактически не передало, а получило от холодильника количество теплоты |Qхол|, а это - абсурд. Пожалуйста, верно расставляйте акценты в оценке данного обстоятельства: это не просто некорректность условия задачи, а явная ошибка составителей данной задачи, показывающая их достаточно низкий уровень. Всего Вам доброго и успехов в Ваших начинаниях.
Die wichtigsten Teile der Wärmekraftmaschine. Lassen Sie uns herausfinden, welche Hauptteile eine Wärmekraftmaschine haben sollten, die für mechanische Arbeit ausgelegt ist. EIN" wegen der Hitze Q, durch Verbrennen von Brennstoff gewonnen. Normalerweise wird bei Wärmekraftmaschinen mechanische Arbeit durch ein expandierendes Gas verrichtet. Das Gas, das bei der Expansion Arbeit leistet, heißt arbeitendes Organ. Das Arbeitsmedium ist oft Luft oder Wasserdampf. Gasexpansion tritt als Folge einer Erhöhung seiner Temperatur und seines Drucks während des Erhitzens auf. Das Gerät, von dem das Arbeitsmedium die Wärmemenge erhält Q, namens Heizung.
Ein vereinfachtes Modell einer Wärmekraftmaschine besteht aus einem mit Luft gefüllten Zylinder und einem Kolben.
Wir setzen auf den Kolben einen Körper mit einer Masse T, zuvor Maßnahmen gegen die Gaskompression im Zylinder unter Lasteinwirkung getroffen haben (z. B. durch Einbau spezieller Anschläge im Inneren des Zylinders, um ein weiteres Absenken des Kolbens zu verhindern). Stellen Sie die Heizung unter den Zylinder. Wenn sich das Gas in der Flasche erwärmt, erhöht sich sein Druck, aber das Volumen bleibt unverändert, bis bei einem bestimmten Temperaturwert T2 der Druck den Wert . erreicht pr, bei dem das Gewicht des Kolbens mit der Last mg und die Kraft des atmosphärischen Drucks gleich P1 S, mit der Kraft des Gasdrucks auf den Kolben ausgleichen prS. Diesem Vorgang entspricht eine Isochore.
Wenn sich das Gas weiter erwärmt, bewegt sich der Kolben. Der Druck des Kolbens bei der Belastung des Gases bleibt konstant, daher erfolgt die Expansion nach dem isobaren Gesetz. Beim Anheben einer Last auf eine Höhe h das Gasvolumen in der Flasche steigt von V1 Vor V2, die Temperatur am Ende des isobaren Prozesses der Gasexpansion erreicht den Wert Tg. Dieser Vorgang entspricht der Isobaren . Wenn der Kolben den Anschlag oben am Zylinder berührt, entfernen Sie das Gewicht und stoppen Sie die Erwärmung. Das Ziel ist erreicht, die Last wird gehoben. Eine solche Wegwerfmaschine ist jedoch nicht von praktischem Interesse. Um eine andere Last zu heben, ist es notwendig, den Kolben abzusenken, d. h. das Gas zu komprimieren. Komprimiert man das Gas jedoch bei einer Temperatur Tg auf ein Volumen V1, dann ist die Arbeit, die beim Verdichten des Gases geleistet wird, größer als die Arbeit, die das Gas bei isobarer Expansion leistet. Folglich ist es auf diese Weise nicht möglich, den periodischen Vorgang der Durchführung mechanischer Arbeit aufgrund der Wärmeübertragung von der Heizung auf das Arbeitsfluid der Maschine durchzuführen. Um die Arbeit beim Komprimieren des Gases in der Flasche zu reduzieren, muss es vor der Komprimierung gekühlt werden. Dann erfolgt die Kompression bei einem Druck P1 weniger pr, und die bei der Kompression geleistete Arbeit ist geringer als die Arbeit, die das Gas bei der Expansion leistet. Daher wird für den periodischen Betrieb der Wärmekraftmaschine ein weiterer Teil der Maschine benötigt, genannt Kühlschrank.
Der Arbeitszyklus der Wärmekraftmaschine. Um das Gas abzukühlen, richten Sie einen Strom von kaltem Wasser auf den Boden des Zylinders. Die Gastemperatur sinkt bei konstantem Volumen, bis der Gasdruck in der Flasche einen Wert erreicht P1 bei einer Temperatur T4. Dieser Vorgang entspricht der Isochore . Um das Gas in seinen ursprünglichen Zustand zurückzuführen, der durch Druck gekennzeichnet ist P1, Volumen V1 und Temperatur T1, es ist notwendig, das Abkühlen auf die Temperatur T1 fortzusetzen. Dieser Vorgang entspricht der Isobaren . Die Prozesse, bei denen das Gas in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, nennt man cru beschissen oder zyklisch. Der Arbeitszyklus der betrachteten Wärmekraftmaschine besteht aus zwei Isochoren und zwei Isobaren (die ein Rechteck bilden .).
Der Arbeitszyklus der Wärmekraftmaschine und ihre Effizienz. Durch den Arbeitszyklus kehrt das Gas in seinen Ausgangszustand zurück, seine innere Energie nimmt seinen Ausgangswert an. Folglich ist für einen Zyklus die Änderung der inneren Energie des Arbeitsfluids gleich Null: U =0.
Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik U = Q-A "= 0, oder EIN"= Q.
Arbeit EIN", vom Arbeitsfluid pro Zyklus durchgeführt wird, ist gleich der Wärmemenge Q, die pro Zyklus aufgenommen wird. Wärmemenge Q, Die vom Arbeitsfluid pro Zyklus aufgenommene Wärmemenge ist gleich der Differenz zwischen der Wärmemenge Q1, die von der Heizung empfangen wird, und der Wärmemenge Q2, in den Kühlschrank gegeben: Q= Q1- Q2.
Daher ist A" = Q1-Q2.
Der Wirkungsgrad , gleich dem Verhältnis von eingesetzter Nutzenergie zu aufgewendeter Energie, ergibt sich für eine Wärmekraftmaschine zu
= EIN"/ Q1 oder = (Q1-Q2) / Q1
Der französische Ingenieur Sadi Carnot (1796-1832) im Jahr 1824. stellte eine für die Praxis äußerst wichtige Abhängigkeit des Wirkungsgrades einer Wärmekraftmaschine von der Temperatur T1 des Heizgeräts und der Temperatur fest T2 Kühlschrank : Unabhängig von der Auslegung und Wahl des Arbeitsmediums wird der maximale Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine durch den Ausdruck (max) = (Т1 –Т2) / Т1 bestimmt.
Jede echte Wärmekraftmaschine kann einen Wirkungsgrad haben, der diesen Maximalwert nicht überschreitet:
(T1-T2) / T1
Der Ausdruck für den Maximalwert des Wirkungsgrades einer Wärmekraftmaschine zeigt, dass es zwei Möglichkeiten gibt, den Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen zu steigern - die Temperatur T1 des Heizgeräts erhöhen und die Temperatur T2 des Kühlschranks absenken. Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine könnte gleich Eins werden, wenn es möglich wäre, einen Kühlschrank mit einer Temperatur gleich dem absoluten Nullpunkt zu verwenden.
Dieser Weg ist jedoch auch theoretisch nicht praktikabel, da der absolute Nullpunkt nach den Konzepten der Thermodynamik nicht erreicht werden kann. Die akzeptabelsten Kühlschränke für echte Wärmekraftmaschinen sind atmosphärische Luft oder Wasser mit einer Temperatur von etwa 300 K. Folglich besteht der Hauptweg zur Steigerung der Effizienz von Wärmekraftmaschinen darin, die Heizelementtemperatur zu erhöhen.
Voraussetzungen für den Betrieb einer Wärmekraftmaschine
Eine Wärmekraftmaschine ist eine Maschine, bei der die bei der Verbrennung von Kraftstoff gewonnene Energie in mechanische Energie umgewandelt wird.
Der Stoff, der in Wärmekraftmaschinen Arbeit verrichtet, heißt Arbeitsorgan oder Arbeitsstoff... Bei Dampfmaschinen ist ein solcher Arbeitsstoff Dampf und bei Verbrennungsmotoren Gas.
Lassen Sie uns die Rahmenbedingungen (in Bezug auf alle Wärmekraftmaschinen) festlegen, die notwendig sind, um die Energie des Brennstoffs in die Bewegungsenergie von Maschinen und Mechanismen umzuwandeln. Wir verdeutlichen diese Bedingungen am Beispiel des Betriebs eines Dampfkraftwerks, dessen Schema in der Abbildung dargestellt ist.
Ein Teil des Dampfkraftwerks ist eine Feuerung mit einem Dampfkessel C. Im Kessel wird Dampf erzeugt, der durch das Rohr M in den Zylinder der Dampfmaschine E geleitet wird. Unter Druck dehnt sich der Dampf aus und durch Bewegung der Kolben, funktioniert. Mittels des Übertragungsmechanismus A wird die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in die Drehbewegung des Schwungrades umgewandelt, das die Arbeitsteile von Werkzeugmaschinen, Landmaschinen, Stromgeneratoren usw. antreibt.
Strahltriebwerke
Die Entwicklung der Luftfahrt beschränkt sich hauptsächlich auf eine Erhöhung der Geschwindigkeit, Höhe, Tragfähigkeit, Reichweite und Zuverlässigkeit des Flugzeugflugs, die weitgehend von den Möglichkeiten zur Verbesserung des Triebwerks abhängt.
Verbrennungsmotoren mit Propellerpropellern sorgen nicht mehr für eine Erhöhung der Geschwindigkeit und Höhe von Flugzeugen. Der Grund dafür ist folgender.
In einem Flugzeug mit einem Propeller schleudert dieser während der Rotation Luft weg und zwingt sie, sich mit einer beschleunigten Geschwindigkeit zu bewegen. Nach Newtons drittem Gesetz wirkt die verworfene Luftmasse auf den Propeller, drückt ihn nach vorne und erzeugt so einen Schub, der das gesamte Flugzeug antreibt. Der Schub wird somit als Ergebnis der Reaktion (Reaktion) der vom Propeller geschleuderten Luft erhalten. Der Propeller dient als Vermittler, der aufgrund der Energie des Treibstoffs die Bewegungsarbeit des Flugzeugs verrichtet.
Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen
Beim Einbau von Wärmekraftmaschinen ist zunächst darauf zu achten, dass möglichst viel Energie des brennbaren Brennstoffs in mechanische Energie umgewandelt wird, also bei minimalem Brennstoffverbrauch maximale Arbeit geleistet wird. Dann ist der Motor sparsam. Wenn man die Wärmemenge Q 1 kennt, die von der Heizvorrichtung auf das Arbeitsfluid übertragen wird, und die Wärmemenge Q 1 - Q 2 , die in mechanische Energie umgewandelt wird, ist es möglich, den Wirtschaftlichkeitsgrad dieses Umwandlungsprozesses abzuschätzen.
Das Verhältnis der von der Maschine in mechanische Energie umgewandelten Wärmemenge zur vom Heizgerät aufgenommenen Wärmemenge wird als Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine (Wirkungsgrad) bezeichnet.
Es ist üblich, die Kosten der Maschine mit dem Buchstaben η (griechisch "dieses") zu bezeichnen:
= (Q 1 - Q 2): Q 1
Karnov untersuchte die Bedingungen für die Erzielung von Arbeit aufgrund der inneren Energie von Dampf in Dampfmaschinen und stellte 1824 fest, dass der Wirkungsgrad einer echten Wärmemaschine den Wert (T 1 - T 2) nicht überschreiten kann: T 1, wobei T 1 der absolute Wert ist Temperatur der Heizungen, und T 2 ist die absolute Temperatur des Kühlschranks. Je näher die cpd des Motors an diesem Wert liegt, desto perfekter ist der Motor. Diese Schlussfolgerung ist in der Praxis gut begründet.
Gasausbauarbeiten
Stellen wir uns vor, dass sich in dem Zylinder unter dem Kolben, dessen Fläche S beträgt, etwas Gas befindet, dessen Druck gleich p ist. Die Kraft, mit der das Gas auf den Kolben drückt, wird durch die Formel F = pS bestimmt. Wird das Gas mit konstantem Druck erhitzt, dehnt es sich aus und der Kolben bewegt sich um eine bestimmte Strecke h.
In diesem Fall verrichtet das Gas die Arbeit A = pSh. Aber Sh = V 2 - V 1 ist eine Zunahme des Gasvolumens, daher:
A = p (V 2 - V 1)
Die Arbeit eines Gases bei isobarer Expansion ist gleich dem Produkt aus Gasdruck und Volumenzunahme.
Dieselmotor
Was bestimmt den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors? Wie bei jeder Wärmekraftmaschine hat dieser Motor eine Energiequelle - eine Heizung (eine solche Quelle verbrennt Kraftstoff) und einen Kühlschrank - atmosphärische Luft. Je höher der Temperaturunterschied zwischen ihnen ist, desto höher ist der Motorwirkungsgrad.
Da die Temperatur der bei der Verbrennung des Gemisches entstehenden Gase hoch ist (ca. 1600–1800 °C), ist der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren viel höher als der Wirkungsgrad von Dampfmaschinen. In der Praxis erreicht der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren 20-30%.
Wie können Sie die Effizienz dieses Motors weiter steigern? Erfahrungen und Berechnungen zeigen, dass hierfür eine höhere Verdichtung des Gemisches erforderlich ist. Bei Vergasermotoren ist es jedoch unmöglich, das brennbare Gemisch sehr stark zu komprimieren, da es sich bei starker Erwärmung vorzeitig entzündet.
Der deutsche Ingenieur Diesel erfand einen nach ihm benannten Motor, der in einem solchen Zyklus arbeitet, der die oben genannten Schwierigkeiten vermeidet und die Effizienz deutlich erhöht.
Dampfturbine
Dampfturbinen nehmen einen wichtigen Platz unter den Wärmekraftmaschinen ein. Im Gegensatz zu Kolbendampfmaschinen nutzen Dampfturbinen nicht die Energie des Dampfdrucks, sondern die kinetische Energie von Dampfsträngen.
Angenommen, der Dampfdruck im Kessel beträgt p 1. Lassen Sie uns dem Dampf die Möglichkeit geben, durch ein beliebiges Loch oder durch die Düse frei aus dem Kessel zu strömen. Beim Durchströmen der Düse sinkt der Dampfdruck und entspricht am Düsenmund einem bestimmten Druck p 2. Anfangs ist die Dampfgeschwindigkeit Null, aber wenn sie die Düse verlässt, nimmt sie zu; in diesem Fall sinkt der Dampfdruck in der Düse.
Die potentielle Energie von Dampf nimmt mit sinkendem Druck ab; entsprechend erhöht sich die kinetische Energie des Dampfes (gemäß dem Energieerhaltungs- und Energieumwandlungsgesetz). Der aus der Düse austretende Dampf tritt in die Laufradschaufeln ein und lässt diese rotieren.
Das Betriebsschema eines der Turbinentypen ist in der Abbildung dargestellt. Auf der Welle A ist eine Scheibe B montiert, an deren Rand die Schaufeln L befestigt sind.Den Schaufeln gegenüber befinden sich Düsen C, in die Dampf aus dem Kessel zugeführt wird. In den Düsen dehnt sich der Dampf aus und tritt mit hoher Geschwindigkeit aus ihren Mündungen in die von den Schaufeln gebildeten Kanäle ein, wo er einen Teil seiner kinetischen Energie verliert, die die Scheibe B zusammen mit der Welle in eine Rotationsbewegung treibt. Die Abbildung zeigt das Laufrad einer Einscheiben-Laval-Turbine (ohne Gehäuse).
Verbrennungsmotor
Dampfmaschinen und Dampfturbinen nutzen Wasserdampf aus Dampfkesseln, um Brennstoffenergie in mechanische Energie umzuwandeln. Daneben gibt es Wärmekraftmaschinen, in deren Zylindern gleichzeitig die Prozesse der Kraftstoffverbrennung, der Energiefreisetzung und ihrer Ausführung aufgrund eines Teils ihrer mechanischen Arbeit ablaufen; solche Motoren heißen Verbrennungsmotoren... Diese Motoren verwenden flüssige oder gasförmige Kraftstoffe. Flüssige Brennstoffe werden vor der Verbrennung verdampft oder in der Luft verteilt.
Betrachten Sie das Gerät eines Viertakt-Vergaser-Automotors. Das Funktionsprinzip von Motoren, die in Traktoren und Flugzeugen verwendet werden, ähnelt dem eines Automobils.
Ein Diagramm eines Viertakt-Verbrennungsmotors und ein Diagramm des Betriebs eines solchen Motors sind in der Figur gezeigt.
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass sich Kolben B im Zylinder A frei bewegen kann. Im oberen Teil des Zylinders befinden sich zwei Ventile. Durch das Ventil D wird das sogenannte brennbare Gemisch eingespritzt, das aus Luft und kleinsten Partikeln flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs besteht. Ventil E dient dazu, Abgase aus dem Zylinder zu entfernen; C - Zünder (Kerze), dessen Zweck es ist, das Gemisch über dem Kolben zu entzünden.
Dampfkocher
Einer der Hauptteile des Dampfkraftwerks ist der Kessel. Jeder Dampfkessel besteht aus einer Feuerung zur Verbrennung von Brennstoff, einer Brennkammer, einer Kesseltrommel mit Wasser- und Dampfkammer, hermetisch abgeschlossen. Jeder Kessel hat eine bestimmte Kapazität, gemessen an der Wassermenge, die er bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck innerhalb einer Stunde verdampfen kann. Der Teil des Kessels, der während des Feuers mit der Flamme in Berührung kommt, heißt Heizfläche.
Die Abbildung zeigt einen Rauchkessel. Im Inneren dieses Kessels befindet sich eine Reihe von Rohren A, durch die die Verbrennungsprodukte in den Schornstein B gelangen, von wo aus sie in den Schornstein gelangen. Solche Kessel werden auf Lokomotiven und Dampflokomotiven installiert. Zahlreiche Feuerrohre bieten eine riesige Heizfläche, die die bei der Verbrennung von Brennstoffen gewonnene Energie optimal nutzt. Das Wasser in diesen Kesseln befindet sich zwischen den Rauchrohren.
Sie können die Kessel anders machen: Lassen Sie Wasser durch die Rohre und eine Flamme zwischen den Rohren. Solche Kessel heißen Wasserrohr.
Arten von Strahltriebwerken
Alle verschiedenen Arten von Strahltriebwerken bestehen aus den folgenden Hauptteilen: 1) einem Kraftstofftank, 2) einer Kammer, in der dieser Kraftstoff verbrennt, 3) Vorrichtungen, die die Kraftstoffversorgung der Brennkammer und den Abfluss von Verbrennungsprodukten gewährleisten. Je nach Art des verwendeten Kraftstoffs werden Strahltriebwerke in zwei große Gruppen unterteilt: Festbrennstoffmotoren, Flüssigbrennstoffmotoren.
Das einfachste Beispiel für einen Festbrennstoffmotor ist eine Pulverrakete. In der Rakete werden bei der Verbrennung von Schießpulver Gase gebildet, die aus dem Raketenkörper ausgestoßen werden und einen Strahlschub erzeugen.
Flüssige Treibmittel (Erdölprodukte, Alkohol usw.) verbrennen in Flüssigkeitsstrahltriebwerken (LRE). Flüssigstrahltriebwerke wurden am Ende des Zweiten Weltkriegs für Langstreckenraketenflugzeuge verwendet. Die Geschwindigkeit des Projektilflugzeugs erreichte 5400 km/h mit einer Flugreichweite von 290-300 km und einer Flugbahnhöhe von 100 km.
Das von K. E. Tsiolkovsky erfundene Raketentriebwerk für die interplanetare Kommunikation gehört zu derselben Art von Triebwerken.
Dampfmaschine
In einer Dampfmaschine wird die Energie des Dampfes direkt in die Energie der Kolbenbewegung umgewandelt.
Die Abbildung zeigt ein Diagramm der Vorrichtung einer Einzylinder-Dampfmaschine. Dampf aus dem Dampfkessel durch Rohr A tritt in den Dampfverteilerkasten B und von dort in den Arbeitszylinder C ein - abwechselnd von einer Seite des Kolbens zur anderen. Der Dampf wird über die Z-Spule verteilt.
Wenn Dampf auf die rechte Seite des Zylinders eintritt, drückt er den Kolben nach links, und der Abdampf wird verdrängt und tritt durch das Auslassrohr (dieses Rohr ist in der Abbildung nicht gezeigt) aus. Dann tritt im Gegenteil Dampf in die linke Seite des Zylinders ein und drückt den Kolben nach rechts.
Mit Hilfe von Stange E, Pleuel F und Kurbel K wird die Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung von Maschinenwelle und Schwungrad umgewandelt. Das Schwungrad wiederum bewegt über die Übertragungsmechanismen L und M die Spule, die abwechselnd Dampf von der rechten und dann von der linken Seite des Kolbens einlässt.