Në një motor ideal të nxehtësisë që funksionon. Motori i nxehtësisë

6.3 Ligji i dytë i termodinamikës

6.3.1. Efikasiteti motorët e nxehtësisë. Cikli Carnot

Ligji i dytë i termodinamikës doli nga analiza e funksionimit të motorëve të nxehtësisë (makinave). Në formulimin e Kelvin, duket kështu: një proces rrethor është i pamundur, rezultati i vetëm i të cilit është transformimi i nxehtësisë së marrë nga ngrohësi në një punë ekuivalente.

Skema e funksionimit të një motori të nxehtësisë (motori i nxehtësisë) është treguar në Fig. 6.3

Oriz. 6.3

Cikli i motorit të nxehtësisë përbëhet nga tre faza:

1) ngrohësi transferon sasinë e nxehtësisë Q 1 në gaz;

2) gazi, duke u zgjeruar, kryen punën A;

3) nxehtësia Q 2 transferohet në frigorifer për ta kthyer gazin në gjendjen e tij origjinale.

Nga ligji i parë i termodinamikës për një proces ciklik

P = A,

ku Q është sasia e nxehtësisë e marrë nga gazi për cikël, Q = Q 1 - Q 2; P 1 - sasia e nxehtësisë së transferuar në gaz nga ngrohësi; P 2 - sasia e nxehtësisë e lëshuar nga gazi në frigorifer.

Prandaj, për një motor ideal të nxehtësisë, barazia

P 1 - Q 2 = A.

Kur nuk ka humbje të energjisë (për shkak të fërkimit dhe shpërndarjes së tij në mjedis), gjatë funksionimit të motorëve të nxehtësisë, ligji i ruajtjes së energjisë

Q 1 = A + Q 2,

ku Q 1 është nxehtësia e transferuar nga ngrohësi në lëngun e punës (gaz); A - punë e bërë me gaz; Q 2 është nxehtësia e transferuar nga gazi në frigorifer.

Efikasiteti një motor nxehtësie llogaritet duke përdorur një nga formulat:

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

ku A është puna e bërë nga gazi; Q 1 - nxehtësia e transferuar nga ngrohësi në lëngun e punës (gaz); Q 2 është nxehtësia e transferuar nga gazi në frigorifer.

Cikli Carnot përdoret më shpesh në motorët e nxehtësisë, pasi është më ekonomiku.

Cikli Carnot përbëhet nga dy izoterma dhe dy adiabat të treguar në Fig. 6.4

Oriz. 6.4

Seksioni 1–2 korrespondon me kontaktin e substancës së punës (gazit) me ngrohësin. Në këtë rast, ngrohësi transferon nxehtësinë Q 1 në gaz dhe zgjerimi izotermik i gazit ndodh në temperaturën e ngrohësit T 1. Gazi bën punë pozitive (A 12> 0), energjia e tij e brendshme nuk ndryshon (∆U 12 = 0).

Seksioni 2-3 korrespondon me zgjerimin adiabatik të gazit. Në këtë rast, shkëmbimi i nxehtësisë me mjedisin e jashtëm nuk ndodh, puna pozitive e kryer A 23 çon në një rënie të energjisë së brendshme të gazit: ∆U 23 = −A 23, gazi ftohet në temperaturën e frigoriferit T 2

Seksioni 3-4 korrespondon me kontaktin e substancës së punës (gazit) me frigoriferin. Në këtë rast, nxehtësia Q 2 furnizohet në frigorifer nga gazi dhe ngjeshja izotermike e gazit ndodh në temperaturën e frigoriferit T 2. Gazi bën punë negative (A 34< 0), его внутренняя энергия не изменяется (∆U 34 = 0).

Seksioni 4-1 korrespondon me ngjeshjen e gazit adiabatik. Në këtë rast, shkëmbimi i nxehtësisë me mjedisin e jashtëm nuk ndodh, puna negative e kryer A 41 çon në një rritje të energjisë së brendshme të gazit: ∆U 41 = −A 41, gazi nxehet në temperaturën e ngrohësit T 1 , dmth kthehet në gjendjen e tij origjinale.

Efikasiteti i një motori ngrohjeje që funksionon sipas ciklit Carnot llogaritet duke përdorur një nga formulat:

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

ku T 1 është temperatura e ngrohësit; T 2 është temperatura e frigoriferit.

Shembulli 9. Një motor ideal i nxehtësisë kryen punë prej 400 J. për cikël.Cila sasi e nxehtësisë transferohet në këtë rast në frigorifer nëse efikasiteti i makinës është 40%?

Zgjidhja. Efikasiteti i një motori të nxehtësisë përcaktohet nga formula

η = A Q 1 ⋅ 100%,

ku A është puna e bërë nga gazi për cikël; Q 1 - sasia e nxehtësisë që transferohet nga ngrohësi në lëngun e punës (gaz).

Vlera e dëshiruar është sasia e nxehtësisë Q 2 e transferuar nga lëngu i punës (gazi) në frigorifer, i cili nuk përfshihet në formulën e shkruar.

Marrëdhënia midis punës A, nxehtësisë Q 1 të transferuar nga ngrohësi në gaz dhe vlerës së dëshiruar Q 2 përcaktohet duke përdorur ligjin e ruajtjes së energjisë për një motor ideal të nxehtësisë

Q 1 = A + Q 2.

Ekuacionet formojnë sistemin

η = A Q 1 ⋅ 100%, Q 1 = A + Q 2,)

e cila duhet të zgjidhet për P 2.

Për ta bërë këtë, ne përjashtojmë Q 1 nga sistemi, duke u shprehur nga çdo ekuacion

Q 1 = A η ⋅ 100%, Q 1 = A + Q 2)

dhe duke shkruar barazinë e anëve të djathta të shprehjeve të marra:

A η ⋅ 100% = A + Q 2.

Vlera e kërkuar përcaktohet nga barazia

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

Llogaritja jep vlerën:

Q 2 = 400 ⋅ (100% 40% - 1) = 600 J.

Sasia e nxehtësisë së transferuar për cikël nga gazi në frigoriferin e një motori ideal të nxehtësisë është 600 J.

Shembulli 10. Në një motor ideal të nxehtësisë, 122 kJ / min furnizohet nga ngrohësi në gaz, dhe 30.5 kJ / min transferohet nga gazi në ftohës. Llogaritni efikasitetin e këtij motori ideal të nxehtësisë.

Zgjidhja. Për të llogaritur efikasitetin, ne do të përdorim formulën

η = (1 - Q 2 Q 1) 100%,

ku Q 2 - sasia e nxehtësisë që transferohet për cikël nga gazi në frigorifer; Q 1 - sasia e nxehtësisë që transferohet për cikël nga ngrohësi në lëngun e punës (gaz).

Ne e transformojmë formulën duke pjesëtuar numëruesin dhe emëruesin e thyesës me kohën t:

η = (1 - Q 2 / t Q 1 / t) ⋅ 100%,

ku Q 2 / t është shkalla e transferimit të nxehtësisë nga gazi në frigorifer (sasia e nxehtësisë që transferohet nga gazi në frigorifer për sekondë); Q 1 / t është shkalla e transferimit të nxehtësisë nga ngrohësi në lëngun e punës (sasia e nxehtësisë që transferohet nga ngrohësi në gaz për sekondë).

Në deklaratën e problemit, shkalla e transferimit të nxehtësisë përcaktohet në xhaul në minutë; le ta përkthejmë në xhaul për sekondë:

• nga ngrohësi në gaz -

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

• nga gazi në frigorifer -

Q 2 t = 30.5 kJ / min = 30.5 ⋅ 10 3 60 J / s.

Le të llogarisim efikasitetin e këtij motori ideal të nxehtësisë:

η = (1 - 30.5 ⋅ 10 3 60 ⋅ 60 122 ⋅ 10 3) 100% = 75%.

Shembulli 11. Efikasiteti i një motori ngrohjeje që funksionon sipas ciklit Carnot është 25%. Sa herë do të rritet efikasiteti nëse temperatura e ngrohësit rritet dhe temperatura e frigoriferit zvogëlohet me 20%?

Zgjidhja. Efikasiteti i një motori ideal të nxehtësisë që funksionon sipas ciklit Carnot përcaktohet nga formula e mëposhtme:

• para se të ndryshoni temperaturat e ngrohësit dhe frigoriferit -

η 1 = (1 - T 2 T 1) 100%,

ku T 1 është temperatura fillestare e ngrohësit; T 2 është temperatura fillestare e frigoriferit;

• pas ndryshimit të temperaturave të ngrohësit dhe frigoriferit -

η 2 = (1 - T ′ 2 T ′ 1) ⋅ 100%,

ku T ′ 1 është temperatura e re e ngrohësit, T ′ 1 = 1.2 T 1; T ′ 2 është temperatura e re e frigoriferit, T ′ 2 = 0.8 T 2.

Ekuacionet për efikasitetin formojnë sistemin

η 1 = (1 - T 2 T 1) ⋅ 100%, η 2 = (1 - 0.8 T 2 1.2 T 1) 100%,)

e cila duhet të zgjidhet për η 2.

Nga ekuacioni i parë i sistemit, duke marrë parasysh vlerën η 1 = 25%, gjejmë raportin e temperaturës

T 2 T 1 = 1 - η 1 100% = 1 - 25% 100% = 0.75

dhe zëvendësim në ekuacionin e dytë

η 2 = (1 - 0.8 1.2 ⋅ 0.75) 100% = 50%.

Raporti i dëshiruar i efikasitetit është i barabartë me:

η 2 η 1 = 50% 25% = 2.0.

Si pasojë, ndryshimi i treguar në temperaturat e ngrohësit dhe frigoriferit të motorit të nxehtësisë do të çojë në një rritje 2-fish të efikasitetit.

Detyra 15.1.1. Figurat 1, 2 dhe 3 tregojnë grafikët e tre proceseve ciklike që ndodhin me një gaz ideal. Në cilin nga këto procese gazi ka kryer punë pozitive gjatë ciklit?

Detyra 15.1.3. Një gaz ideal, pasi ka përfunduar një proces ciklik, u kthye në gjendjen e tij fillestare. Sasia totale e nxehtësisë e marrë nga gazi gjatë gjithë procesit (diferenca midis sasisë së nxehtësisë së marrë nga ngrohësi dhe sasisë së nxehtësisë së dhënë në frigorifer) është e barabartë me. Çfarë pune bëri gazi gjatë ciklit?

Detyra 15.1.5. Figura tregon një grafik të procesit ciklik që ndodh me gaz. Parametrat e procesit tregohen në grafik. Çfarë lloj pune bën gazi gjatë këtij procesi ciklik?

Detyra 15.1.6. Një gaz ideal kryen një proces ciklik, grafiku në koordinata është treguar në figurë. Dihet që procesi 2-3 është izokorik; në proceset 1–2 dhe 3–1, gazi funksionoi dhe, respektivisht. Çfarë pune bëri gazi gjatë ciklit?

Detyra 15.1.7. Efikasiteti i motorit të nxehtësisë tregon

Detyra 15.1.8. Gjatë ciklit, motori i nxehtësisë merr sasinë e nxehtësisë nga ngrohësi dhe i jep sasinë e nxehtësisë frigoriferit. Cila është formula për përcaktimin e efikasitetit të motorit?

Detyra 15.1.10. Efikasiteti i një motori ideal të ngrohjes që funksionon sipas ciklit Carnot është 50%. Temperatura e ngrohësit është dyfishuar, temperatura e frigoriferit nuk ndryshon. Cila do të jetë efikasiteti i motorit ideal të nxehtësisë që rezulton?

Realitetet moderne nënkuptojnë përdorimin e gjerë të motorëve të nxehtësisë. Përpjekjet e shumta për t'i zëvendësuar ato me motorë elektrikë kanë dështuar deri më tani. Problemet që lidhen me akumulimin e energjisë elektrike në sistemet autonome zgjidhen me vështirësi të mëdha.

Problemet e teknologjisë së prodhimit të akumulatorëve të energjisë elektrike, duke marrë parasysh përdorimin e tyre afatgjatë, janë akoma urgjente. Karakteristikat e shpejtësisë së automjeteve elektrike janë shumë larg atyre të makinave të mundësuar nga motorë me djegie të brendshme.

Hapat e parë në krijimin e motorëve hibridë mund të zvogëlojnë ndjeshëm emetimet e dëmshme në megacitetet, duke zgjidhur problemet mjedisore.

Pak histori

Mundësia e shndërrimit të energjisë së avullit në energji të lëvizjes ishte e njohur në antikitet. 130 para Krishtit: Filozofi Heron i Aleksandrisë i paraqiti auditorit një lodër me avull - eolipil. Sfera, e mbushur me avull, erdhi në rrotullim nën veprimin e avionëve që burojnë prej saj. Ky prototip i turbinave moderne me avull nuk gjeti zbatim në ato ditë.

Për shumë vite dhe shekuj, zhvillimi i filozofit u konsiderua vetëm një lodër qesharake. Në 1629 D. Branchi italian krijoi një turbinë aktive. Avulli vuri në lëvizje një disk të pajisur me tehe.

Që nga ai moment, filloi zhvillimi i shpejtë i motorëve me avull.

Makinë ngrohëse

Shndërrimi i karburantit në energjinë e lëvizjes së pjesëve të makinave dhe mekanizmave përdoret në motorët e nxehtësisë.

Pjesët kryesore të makinave: një ngrohës (një sistem për marrjen e energjisë nga jashtë), një lëng pune (kryen një veprim të dobishëm), një frigorifer.

Ngrohësi është projektuar në mënyrë që lëngu i punës të grumbullojë një furnizim të mjaftueshëm të energjisë së brendshme për punë të dobishme. Frigoriferi largon energjinë e tepërt.

Karakteristika kryesore e efikasitetit quhet efikasiteti i motorëve të nxehtësisë. Kjo vlerë tregon se cila pjesë e energjisë së shpenzuar për ngrohje shpenzohet për të bërë punë të dobishme. Sa më i lartë efikasiteti, aq më fitimprurës funksionimi i makinës, por kjo vlerë nuk mund të kalojë 100%.

Llogaritja e efikasitetit

Lëreni ngrohësin të marrë energji nga jashtë e barabartë me Q 1. Trupi punues bëri punën A, ndërsa energjia e dhënë në frigorifer ishte Q 2.

Bazuar në përkufizimin, ne llogarisim vlerën e efikasitetit:

η = A / Q 1. Le të marrim parasysh që A = Q 1 - Q 2.

Prandaj, efikasiteti i motorit të nxehtësisë, formula e të cilit ka formën η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, na lejon të nxjerrim përfundimet e mëposhtme:

• Efikasiteti nuk mund të kalojë 1 (ose 100%);
• për të maksimizuar këtë vlerë, ose është e nevojshme një rritje e energjisë së marrë nga ngrohësi ose një rënie në energjinë e furnizuar në frigorifer;
• rritja e energjisë së ngrohësit arrihet duke ndryshuar cilësinë e karburantit;
• zvogëlimi i energjisë së dhënë në frigorifer ju lejon të arrini tiparet e projektimit të motorëve.

Motori ideal i nxehtësisë

A është e mundur të krijohet një motor i tillë, efikasiteti i të cilit do të ishte maksimal (idealisht i barabartë me 100%)? Fizikanti teorik francez dhe inxhinieri i talentuar Sadi Carnot u përpoq të gjente një përgjigje për këtë pyetje. Në 1824, llogaritjet e tij teorike në lidhje me proceset që ndodhin në gazra u botuan.

Ideja kryesore e natyrshme në një makinë ideale është kryerja e proceseve të kthyeshme me një gaz ideal. Ne fillojmë duke zgjeruar gazin në mënyrë izotermike në një temperaturë T 1. Sasia e nxehtësisë që kërkohet për këtë është Q 1. Pasi gazi të zgjerohet pa shkëmbim të nxehtësisë. Pasi të ketë arritur temperaturën T 2, gazi ngjeshet në mënyrë izotermike, duke transferuar energjinë Q 2 në frigorifer. Kthimi i gazit në gjendjen e tij origjinale kryhet në mënyrë adiabatike.

Efikasiteti i një motori ideal të nxehtësisë Carnot, kur llogaritet me saktësi, është i barabartë me raportin e ndryshimit të temperaturës midis pajisjeve të ngrohjes dhe ftohjes me temperaturën që ka ngrohësi. Duket kështu: η = (T 1 - T 2) / T 1.

Efikasiteti i mundshëm i një motori të nxehtësisë, formula e të cilit ka formën: η = 1 - T 2 / T 1, varet vetëm nga vlerat e temperaturave të ngrohësit dhe ftohësit dhe nuk mund të jetë më shumë se 100%.

Për më tepër, ky raport bën të mundur vërtetimin se efikasiteti i motorëve të nxehtësisë mund të jetë i barabartë me unitetin vetëm kur frigoriferi arrin temperaturat. Siç e dini, kjo vlerë është e paarritshme.

Llogaritjet teorike të Karnot bëjnë të mundur përcaktimin e efikasitetit maksimal të një motori të nxehtësisë të çdo dizajni.

Teorema e vërtetuar nga Carnot tingëllon si më poshtë. Një motor ngrohje arbitrar nuk është në asnjë rrethanë i aftë të ketë një efikasitet më të madh se ai i një motori ideal të nxehtësisë.

Shembull i zgjidhjes së problemeve

Shembulli 1 Cila është efikasiteti i një motori ideal të ngrohjes nëse temperatura e ngrohësit është 800 ° C dhe temperatura e frigoriferit është 500 ° C më e ulët?

T 1 = 800 о С = 1073 K, ∆T = 500 о С = 500 К, η -?

Sipas përkufizimit: η = (T 1 - T 2) / T 1.

Nuk na jepet temperatura e frigoriferit, por ∆T = (T 1 - T 2), prandaj:

η = ∆T / T 1 = 500 K / 1073 K = 0.46.

Përgjigje: efikasiteti = 46%.

Shembulli 2 Përcaktoni efikasitetin e një motori të nxehtësisë ideale nëse kryhet një punë e dobishme prej 650 J. për shkak të blerjes së një kilojoule të energjisë së ngrohësit. Sa është temperatura e ngrohësit të motorit të nxehtësisë nëse temperatura e ftohësit është 400 K?

Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η -?, T 1 =?

Në këtë problem, ne po flasim për një instalim termik, efikasiteti i të cilit mund të llogaritet me formulën:

Për të përcaktuar temperaturën e ngrohësit, ne përdorim formulën për efikasitetin e një motori ideal të nxehtësisë:

η = (T 1 - T 2) / T 1 = 1 - T 2 / T 1.

Pas kryerjes së transformimeve matematikore, marrim:

T 1 = T 2 / (1- η).

T 1 = T 2 / (1- A / Q 1).

Le të llogarisim:

η = 650 J / 1000 J = 0.65.

T 1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.

Përgjigje: η = 65%, T 1 = 1142.8 K.

Kushtet reale

Motori ideal i nxehtësisë është krijuar me proceset ideale në mendje. Puna kryhet vetëm në procese izotermale, vlera e saj përcaktohet si zona e kufizuar nga grafiku i ciklit Carnot.

Në fakt, është e pamundur të krijohen kushte për procesin e ndryshimit të gjendjes së gazit pa ndryshimet shoqëruese të temperaturës. Nuk ka materiale që do të përjashtonin shkëmbimin e nxehtësisë me objektet përreth. Bëhet e pamundur të kryhet procesi adiabatik. Në rastin e shkëmbimit të nxehtësisë, temperatura e gazit duhet domosdoshmërisht të ndryshojë.

Efikasiteti i motorëve të nxehtësisë të krijuar në kushte reale ndryshon ndjeshëm nga efikasiteti i motorëve ideal. Vini re se rrjedha e proceseve në motorët e vërtetë ndodh aq shpejt sa ndryshimi i energjisë termike të brendshme të substancës punuese në procesin e ndryshimit të vëllimit të saj nuk mund të kompensohet nga fluksi i sasisë së nxehtësisë nga ngrohësi dhe kthimi në frigorifer.

Motorë të tjerë të nxehtësisë

Motorët e vërtetë funksionojnë në cikle të ndryshme:

• Cikli Otto: procesi në vëllim konstant ndryshon adiabatik, duke krijuar një cikël të mbyllur;
• Cikli i naftës: izobar, adiabat, isochore, adiabat;
• procesi, i cili ndodh në presion të vazhdueshëm, zëvendësohet me një adiabatik dhe mbyll ciklin.

Nuk është e mundur të krijohen procese ekuilibri në motorët e vërtetë (për t'i sjellë ato më afër atyre ideale) në kushtet e teknologjisë moderne. Efikasiteti i makinave të ngrohjes është shumë më i ulët, madje duke marrë parasysh të njëjtat kushte të temperaturës si në një instalim termik ideal.

Por ju nuk duhet të zvogëloni rolin e formulës së llogaritjes për efikasitetin, pasi është ajo që bëhet pika fillestare në procesin e punës për rritjen e efikasitetit të motorëve të vërtetë.

Mënyrat për të ndryshuar efikasitetin

Krahasimi i motorëve të nxehtësisë ideale dhe reale, vlen të përmendet se temperatura e frigoriferit të këtij të fundit nuk mund të jetë asnjë. Zakonisht, atmosfera konsiderohet të jetë një frigorifer. Takeshtë e mundur të merret temperatura e atmosferës vetëm në llogaritjet e përafërta. Përvoja tregon se temperatura e ftohësit është e barabartë me temperaturën e gazrave të shkarkimit në motorë, siç është rasti në motorët me djegie të brendshme (shkurt ICE).

ICE është motori më i zakonshëm i nxehtësisë në botën tonë. Efikasiteti i motorit të nxehtësisë në këtë rast varet nga temperatura e krijuar nga karburanti i djegies. Një ndryshim domethënës midis motorit me djegie të brendshme dhe motorëve me avull është bashkimi i funksioneve të ngrohësit dhe mediumit të punës të pajisjes në përzierjen e karburantit ajër. Duke u djegur, përzierja krijon presion mbi pjesët lëvizëse të motorit.

Shtë arritur një rritje e temperaturës së gazrave të punës, duke ndryshuar ndjeshëm vetitë e karburantit. Fatkeqësisht, është e pamundur ta bësh këtë pafundësisht. Çdo material nga i cili është bërë dhoma e djegies së motorit ka pikën e vet të shkrirjes. Rezistenca ndaj nxehtësisë e materialeve të tilla është karakteristika kryesore e motorit, si dhe aftësia për të ndikuar ndjeshëm në efikasitetin.

Vlerat e efikasitetit të motorëve

Nëse marrim parasysh temperaturën e avullit të punës në hyrjen e së cilës është e barabartë me 800 K, dhe temperaturën e gazit të shkarkimit - 300 K, atëherë efikasiteti i kësaj makine është 62%. Në realitet, megjithatë, kjo vlerë nuk kalon 40%. Një rënie e tillë ndodh për shkak të humbjeve të nxehtësisë kur strehimi i turbinës nxehet.

Vlera më e lartë e djegies së brendshme nuk kalon 44%. Rritja e kësaj vlere është çështje e së ardhmes së afërt. Ndryshimi i vetive të materialeve, lëndëve djegëse është një problem në të cilin po punojnë mendjet më të mira të njerëzimit.

Motori i nxehtësisë- një motor në të cilin energjia e brendshme e karburantit që digjet shndërrohet në punë mekanike.

Çdo motor ngrohje përbëhet nga tre pjesë kryesore: ngrohës, lëngu i punës(gaz, lëng, etj.) dhe frigorifer... Funksionimi i motorit bazohet në një proces ciklik (ky është procesi si rezultat i të cilit sistemi kthehet në gjendjen e tij origjinale).

Cikli Carnot

Në motorët e nxehtësisë, ata përpiqen të arrijnë shndërrimin më të plotë të energjisë termike në energji mekanike. Efikasitet maksimal.

Figura tregon ciklet e përdorura në një motor karburator benzine dhe një motor nafte. Në të dy rastet, lëngu i punës është një përzierje e avujve të benzinës ose naftës me ajrin. Cikli i një motori me djegie të brendshme të karburantuar përbëhet nga dy izokore (1–2, 3-4) dhe dy adiabat (2–3, 4–1). Një motor me djegie të brendshme me naftë funksionon në një cikël të përbërë nga dy adiabat (1-2, 3-4), një izobar (2-3) dhe një izokor (4-1). Efikasiteti i vërtetë për një motor karburator është rreth 30%, për një motor nafte - rreth 40%.

Fizikani francez S. Carnot zhvilloi punën e një motori ideal të nxehtësisë. Pjesa e punës e një motori Carnot mund të mendohet si një pistoni në një cilindër të mbushur me gaz. Meqenëse motori Carnot është makina është thjesht teorike, domethënë ideale, forcat e fërkimit midis pistonit dhe cilindrit dhe humbjet e nxehtësisë supozohen të jenë zero. Puna mekanike është maksimale nëse lëngu i punës kryen një cikël të përbërë nga dy izoterma dhe dy adiabat. Ky cikël quhet Cikli Carnot.

pjesa 1-2: gazi merr sasinë e nxehtësisë Q 1 nga ngrohësi dhe zgjerohet në mënyrë izotermike në temperaturën T 1

seksioni 2-3: gazi zgjerohet në mënyrë adiabatike, temperatura bie në temperaturën e frigoriferit T 2

pjesa 3-4: gazi është i ngjeshur ekzotermikisht, ndërsa i jep frigoriferit sasinë e nxehtësisë Q 2

seksioni 4-1: gazi ngjeshet në mënyrë adiabatike derisa temperatura e tij të rritet në T 1.

Puna e kryer nga trupi punues është zona e figurës që rezulton 1234.

Një motor i tillë funksionon si më poshtë:

1. Së pari, cilindri bie në kontakt me rezervuarin e nxehtë dhe gazi ideal zgjerohet në një temperaturë konstante. Gjatë kësaj faze, gazi merr një sasi të caktuar të nxehtësisë nga rezervuari i nxehtë.

2. Cilindri rrethohet më pas me izolim termik të përsosur, ku sasia e nxehtësisë në dispozicion të gazit ruhet dhe gazi vazhdon të zgjerohet derisa temperatura e tij të bjerë në temperaturën e një rezervuari të nxehtësisë së ftohtë.

3. Në fazën e tretë, izolimi termik hiqet dhe gazi në cilindër, duke qenë në kontakt me rezervuarin e ftohtë, ngjeshet, duke i dhënë një pjesë të nxehtësisë rezervuarit të ftohtë.

4. Kur kompresimi arrin një pikë të caktuar, cilindri rrethohet përsëri me izolim termik dhe gazi ngjeshet duke ngritur pistonin derisa temperatura e tij të jetë e barabartë me temperaturën e rezervuarit të nxehtë. Pas kësaj, izolimi termik hiqet dhe cikli përsëritet përsëri nga faza e parë.

Kur flasim për kthyeshmërinë e proceseve, duhet të kihet parasysh se ky është një lloj idealizimi. Të gjitha proceset reale janë të pakthyeshme, prandaj, ciklet sipas të cilave funksionojnë motorët e nxehtësisë janë gjithashtu të pakthyeshëm, dhe për këtë arsye jo të ekuilibruar. Sidoqoftë, për të thjeshtuar vlerësimet sasiore të cikleve të tilla, është e nevojshme t'i konsideroni ato ekuilibër, domethënë, sikur të përbëheshin vetëm nga procese ekuilibri. Kjo kërkohet nga aparati i zhvilluar mirë i termodinamikës klasike.

Cikli i famshëm i një motori ideal Carnot konsiderohet të jetë një proces rrethor ekuilibër invers. Në jetën reale, çdo cikël mund të mos jetë ideal pasi ka humbje. Ajo zhvillohet midis dy burimeve të nxehtësisë me temperatura konstante në shkëmbyesin e nxehtësisë T 1 dhe lavaman T 2, si dhe lëngu i punës, i cili merret si një gaz ideal (Fig. 3.1).

Oriz. 3.1 Cikli i motorit të nxehtësisë

Ne supozojmë se T 1 > T 2 dhe heqja e nxehtësisë nga lavamani dhe furnizimi i nxehtësisë me lavamanin nuk ndikon në temperaturat e tyre, T 1 dhe T 2 mbeten konstante. Le të përcaktojmë parametrat e gazit në pozicionin ekstrem të majtë të pistonit të motorit të nxehtësisë: presioni - R 1 vëllimi - V 1, temperatura T 1 Kjo është pika 1 në tabelën në akset P-V Në këtë moment, gazi (lëngu i punës) ndërvepron me lavamanin, temperatura e të cilit është gjithashtu T 1 Kur pistoni lëviz në të djathtë, presioni i gazit në cilindër zvogëlohet dhe vëllimi rritet. Kjo do të vazhdojë derisa pistoni të arrijë pozicionin e përcaktuar nga pika 2, ku parametrat e lëngut të punës (gazit) do të marrin vlerat P 2, V 2, T 2... Temperatura në këtë pikë mbetet e pandryshuar, pasi temperatura e gazit dhe lavamanit është e njëjtë gjatë kalimit të pistonit nga pika 1 në pikën 2 (zgjerimi). Një proces i tillë në të cilin T nuk ndryshon, quhet izotermik dhe kurba 1–2 quhet izotermë. Në këtë proces, nxehtësia transferohet nga shkëmbyesi i nxehtësisë në lëngun e punës P 1.

Në pikën 2, cilindri është plotësisht i izoluar nga mjedisi i jashtëm (nuk ka transferim të nxehtësisë) dhe me lëvizjen e mëtejshme të pistonit në të djathtë, presioni zvogëlohet dhe vëllimi rritet përgjatë kurbës 2-3, e cila quhet adiabatik(proces pa shkëmbim të nxehtësisë me mjedisin e jashtëm). Kur pistoni lëviz në pozicionin e djathtë ekstrem (pika 3), procesi i zgjerimit do të përfundojë dhe parametrat do të kenë vlerat P 3, V 3, dhe temperatura do të bëhet e barabartë me temperaturën e lavamanit T 2 Me këtë pozicion të pistonit, izolimi i lëngut të punës zvogëlohet dhe ndërvepron me lavamanin. Nëse tani rrisim presionin mbi pistonin, atëherë ai do të lëvizë në të majtë në një temperaturë konstante T 2(ngjeshja). Kjo do të thotë që ky proces kompresimi do të jetë izotermik. Në këtë proces, ngrohtësia P2 do të kalojë nga lëngu i punës në lavamanin e nxehtësisë. Pistoni, duke lëvizur në të majtë, do të vijë në pikën 4 me parametra P 4, V 4 dhe T 2, ku lëngu i punës është përsëri i izoluar nga mjedisi i jashtëm. Kompresimi i mëtejshëm ndodh përgjatë adiabat 4-1 me rritjen e temperaturës. Në pikën 1, kompresimi përfundon me parametrat e lëngut të punës P 1, V 1, T 1... Pistoni është kthyer në gjendjen e tij origjinale. Në pikën 1, izolimi i lëngut të punës nga mjedisi i jashtëm hiqet dhe cikli përsëritet.

Efikasiteti i një motori ideal Carnot.