🗊Презентация Первый закон термодинамики. Тепловые двигатели и КПД тепловых двигателей

Первый закон термодинамики. Тепловые двигатели и КПД тепловых двигателей.

Из механики известно, что в замкнутой системе механическая энергия сохраняется. Сумма кинетической и потенциальной энергии постоянна. Из механики известно, что в замкнутой системе механическая энергия сохраняется. Сумма кинетической и потенциальной энергии постоянна.

Анализ результатов опытов и наблюдений природных явлений, выполненных к середине XIX века, привел немецкого ученого Р.Майера, английского ученого Д-Джоуля и немецкого ученого Г.Гельмгольца к выводу о существовании закона сохранения энергии: При любых взаимодействиях тел энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего. Энергия только передается от одного тела к другому или превращается из одной формы в другую. Анализ результатов опытов и наблюдений природных явлений, выполненных к середине XIX века, привел немецкого ученого Р.Майера, английского ученого Д-Джоуля и немецкого ученого Г.Гельмгольца к выводу о существовании закона сохранения энергии: При любых взаимодействиях тел энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего. Энергия только передается от одного тела к другому или превращается из одной формы в другую.

Q = ΔU + A’

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС – процесс, при котором температура не изменяется ∆Т = 0 ∆U = 1,5νR∆T ∆U = 0 Q = A Если газ получает теплоту, то он совершает положительную работу и расширяется, если газ отдает теплоту, то его объем уменьшается

ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС – процесс, проходящий при постоянном давлении (обычно при атмосферном) p = const ∆T≠ 0 ∆V≠ 0 Q = ∆U + A Переданное газу количество теплоты идет на изменение температуры и объема газа

ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС – процесс при котором объём не изменяется (например, закрытый сосуд с газом)) ∆V = 0 A = p∆V А = 0 ∆U = Q Если газ получает теплоту, то его внутренняя энергия увеличивается и температура повышается. Если газ отдает теплоту, то наоборот.

АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС – это модель термодинамического процесса, происходящего в системе без теплообмена с окружающей средой Q = 0 ∆U = – A Примеры: а) накачивание камеры б) двигатель Дизеля г) охлаждение атмосферного воздуха

Тепловые двигатели

Основные вопросы: Физические основы работы двигателей. КПД теплового двигателя. КПД мышц (сообщение студентов). Физические основы тепловой регуляции организма (сообщение студентов). Тепловые двигатели и охрана природы.

Максимальное значение КПД теплового двигателя. Еще в 1824г. французский ученый С.Карно показал, что в любой тепловой машине можно получить полезную работу лишь в том случае, если энергия путем теплообмена переходит от горячего тела к холодному; при этом лишь часть этой теплоты может пойти на совершение полезной работы.

Цикл Карно Сади Карно, выясняя, при каком замкнутом процессе тепловой двигатель будет иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных процессов. Выбор именно этих процессов обусловлен тем, что работа газа при изотермическом расширении совершается за счет внутренней энергии нагревателя, а при адиабатном процессе за счет внутренней энергии расширяющегося газа. В этом цикле исключен контакт тел с разной температурой, а значит, исключена теплопередача без совершения работы.

Если абсолютная температура горячего тела равна Т1, а холодного - Т2, то максимальный КПД машины равен: Если абсолютная температура горячего тела равна Т1, а холодного - Т2, то максимальный КПД машины равен: ηмакс = . Любая реальная тепловая машина, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

Воздействие тепловых двигателей на окружающую среду. Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов. Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Воздействие тепловых двигателей на окружающую среду. Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2-3 тонны свинца.

Выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственная сторона воздействия тепловых двигателей на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственная сторона воздействия тепловых двигателей на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на Земле.

Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду Один из способов уменьшения путей загрязнения окружающей среды связан с использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород. Другой способ заключается в увеличении КПД тепловых двигателей