Работа совершаемая тепловой машиной за один цикл изображенный на рисунке равна

Тепловые двигатели. Термодинамические циклы. Цикл Карно

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии. Эти тела называются тепловыми резервуарами.

Как следует из первого закона термодинамики, полученное газом количество теплоты Q полностью превращается в работу A при изотермическом процессе, при котором внутренняя энергия остается неизменной (ΔU = 0):

Но такой однократный акт преобразования теплоты в работу не представляет интереса для техники. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние. Круговые процессы изображаются на диаграмме (p, V) газообразного рабочего тела с помощью замкнутых кривых (рис. 3.11.1). При расширении газ совершает положительную работу A₁, равную площади под кривой abc, при сжатии газ совершает отрицательную работу A₂, равную по модулю площади под кривой cda. Полная работа за цикл A = A₁ + A₂ на диаграмме (p, V) равна площади цикла. Работа A положительна, если цикл обходится по часовой стрелке, и A отрицательна, если цикл обходится в противоположном направлении.

Круговой процесс на диаграмме (p, V). abc – кривая расширения, cda – кривая сжатия. Работа A в круговом процессе равна площади фигуры abcd

Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их невозможно провести, приводя рабочее тело в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Их нужно, по крайней мере, два. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой – холодильником. Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q₁ > 0 и отдает холодильнику количество теплоты Q₂ 0, A > 0, Q₂ T₂

В двигателях, применяемых в технике, используются различные круговые процессы. На рис. 3.11.3 изображены циклы, используемые в бензиновом карбюраторном и в дизельном двигателях. В обоих случаях рабочим телом является смесь паров бензина или дизельного топлива с воздухом. Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изохор (1–2, 3–4) и двух адиабат (2–3, 4–1). Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, состоящему из двух адиабат (1–2, 3–4), одной изобары (2–3) и одной изохоры (4–1). Реальный коэффициент полезного действия у карбюраторного двигателя порядка 30 %, у дизельного двигателя – порядка 40 %.

Циклы карбюраторного двигателя внутреннего сгорания (1) и дизельного двигателя (2)

В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, который сыграл важную роль в развитии учения о тепловых процессах. Он называется циклом Карно (рис. 3.11.4).

Цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем. На изотермическом участке (1–2) газ приводится в тепловой контакт с горячим тепловым резервуаром (нагревателем), имеющим температуру T₁. Газ изотермически расширяется, совершая работу A₁₂, при этом к газу подводится некоторое количество теплоты Q₁ = A₁₂. Далее на адиабатическом участке (2–3) газ помещается в адиабатическую оболочку и продолжает расширяться в отсутствие теплообмена. На этом участке газ совершает работу A₂₃ > 0. Температура газа при адиабатическом расширении падает до значения T₂. На следующем изотермическом участке (3–4) газ приводится в тепловой контакт с холодным тепловым резервуаром (холодильником) при температуре T₂ 0, T₁ > T₂

Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла |Q₂| от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником. Эффективность работы холодильника можно охарактеризовать отношением

т. е. эффективность работы холодильника – это количество тепла, отбираемого от охлаждаемых тел на 1 джоуль затраченной работы. При таком определении β_х может быть и больше, и меньше единицы. Для обращенного цикла Карно

Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла |Q₁| нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом. Эффективность β_Т теплового насоса может быть определена как отношение

т. е. количеством теплоты, передаваемым более теплым телам на 1 джоуль затраченной работы. Из первого закона термодинамики следует:

следовательно, β_Т всегда больше единицы. Для обращенного цикла Карно

Источник

Раздел: молекулярная физика, термодинамика

((Q ВЫБОР 3 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

((Q СОРТ 5 ФАЙЛ))

Последовательность молекул, образованных элементами , , , в порядке увеличения молярной массы:

((V 1 ФАЙЛ))

((V 2 ФАЙЛ))

((V 3 ФАЙЛ))

((V 4 ФАЙЛ))

((V 5 ФАЙЛ))

((V 6 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 3 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 1))

Единица измерения молярной массы вещества в СИ

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 1 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

1

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 3 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 1))

((Q СООТВ 2))

Соответствие между физическими величинами и их размерностями:

((V 1 1))

((V 1 2))

((V 1 3))

((V 2 1 ФАЙЛ))

((V 2 2 ФАЙЛ))

((V 2 3))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 1 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВВОД 2 ФАЙЛ))

Изменение температуры на 100 С соответствует изменению абсолютной температуры на. (К).

((Q ВЫБОР 2))

((Q ВЫБОР 2))

((V ФАЙЛ +))

((Q СООТВ 2))

Соответствие между физическими величинами и их единицами в СИ

((V 1 1))

((V 1 2))

((V 1 3))

((V 1 4))

((V 2 1))

((V 2 2 ФАЙЛ))

((V 2 3))

((V 2 4))

((Q ВЫБОР 2))

Давление газа на стенки сосуда зависит от:

концентрации молекул газа

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 1))

((Q СООТВ 5))

Соответствие между названиями единиц измерений физических величин и их размерностями в СИ

((V 1 1))

((V 1 2))

((V 2 1 ФАЙЛ))

((V 2 2 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 3))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 3 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВВОД 3 ФАЙЛ))

((Q СООТВ 2))

Соответствие формулы работы идеального газа названию процесса:

((V 1 1 ФАЙЛ))

((V 1 2))

((V 1 3 ФАЙЛ))

((V 2 1))

((V 2 2))

((V 2 3))

((Q ВВОД 3 ФАЙЛ))

Наибольшую работу идеальный газ совершает при переходе из состояния А в состояние.

((Q ВВОД 4 ФАЙЛ))

((Q СООТВ 4))

Соответствие между физическими величинами и их единицами измерения

((V 1 1))

((V 1 2))

((V 1 3))

удельная теплота плавления

((V 2 1))

((V 2 2 ФАЙЛ))

((V 2 3 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 2))

((Q ВЫБОР 1 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 3))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 2))

((Q ВЫБОР 2))

Количество теплоты, переданной газу, расходуется на совершение газом работы и на изменение его:

((Q ВЫБОР 1))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 3 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 4))

увеличилась на 400 Дж

((Q ВЫБОР 3))

Необратимыми являются процессы:

((Q ВЫБОР 2))

((Q ВЫБОР 2))

((Q ВЫБОР 2))

второй закон термодинамики

((Q ВЫБОР 2))

второй закон термодинамики

((Q ВВОД 2))

Циклически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла, называется. машиной.

((Q ВЫБОР 2))

((Q ВЫБОР 1))

В цикле Карно реализуются процессы:

((Q СОРТ 2))

Последовательностьгазовых процессов в цикле Карно (начальный объем минимальный, начальное давление максимальное):

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 4 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВВОД 5 ФАЙЛ))

Максимальный КПД идеального теплового двигателя, температура холодильника которого 27 0 С, а температура нагревателя на 100 0 С больше, равен. %.

((Q ВЫБОР 2))

((Q ВЫБОР 1))

потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю

((Q ВВОД 3))

((Q ВЫБОР 1 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 3))

средней кинетической энергии

((Q ВЫБОР 2))

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа:

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

Соответствие между физическими величинами и их обозначениями в формуле давления идеального газа р=nkT:

((V 1 1))

((V 1 2))

((V 1 3))

((V 1 4))

((V 2 1))

((V 2 2))

((V 2 3))

((V 2 4))

((Q ВЫБОР 1))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 4 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 4 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q СОРТ 5 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 1))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 3))

увеличится в 2 раза

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 4 ФАЙЛ))

не изменялся, затем уменьшался

((Q ВЫБОР 5 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВВОД 5 ФАЙЛ))

((Q ВВОД 3))

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 1))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 3))

увеличится в 2 раза

((Q ВЫБОР 3))

При изобарном охлаждении данной массы газа:

уменьшается внутренняя энергия

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВВОД 2 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 5 ФАЙЛ))

В процессе перехода идеального газа из состояния 1 в состояние 2 может:

уменьшаться давление при постоянной массе

увеличиваться масса при постоянном давлении

((Q ВЫБОР 3))

Формулы работы газа при постоянном давлении:

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВВОД 4 ФАЙЛ))

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

Связь между молярной теплоемкостью идеального газа при постоянном давлении и при постоянном объеме .

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 1))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 3))

уменьшится в 2 раза

((Q СООТВ 4))

Соответствие процесса идеального газа и его названия:

((V 1 1 ФАЙЛ))

((V 1 2 ФАЙЛ))

((V 1 3 ФАЙЛ))

((V 2 1))

((V 2 2))

((V 2 3))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВВОД 3 ФАЙЛ))

Температура идеального газа уменьшается при переходе его из состояния А в состояния, показанные точками. и.

((Q ВЫБОР 4 ФАЙЛ))

уменьшился в 3 раза

((Q ВЫБОР 4 ФАЙЛ))

изобарическое нагревание и изотермическое расширение

((Q ВЫБОР 3))

((Q ВЫБОР 2 ФАЙЛ))

Формулы работы газа при изотермическом процессе:

((V ФАЙЛ +))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 2))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 4))

((V ФАЙЛ +))

((Q ВЫБОР 3))

((Q ВЫБОР 1))

((Q ВВОД 3 ФАЙЛ))

Адиабата изображена на рисунке, где представлены изотерма, адиабата, изохора и изобара идеального газа, линией под номером.

((Q ВЫБОР 3))

Источник

Работа совершаемая тепловой машиной за один цикл изображенный на рисунке равна

В тепловой машине один моль идеального одноатомного газа совершает процесс, изображенный на рисунке 1. Этот циклический процесс заменяют на другой, изображенный на рисунке 2, не изменяя ни газ, ни его количество. Как в результате изменятся следующие физические величины: передаваемое газу от нагревателя количество теплоты; совершаемая машиной механическая работа; КПД тепловой машины?

А) передаваемое газу от нагревателя количество теплоты за цикл

Б) совершаемая машиной механическая работа за цикл

В) КПД тепловой машины

Совершаемой за цикл тепловой машиной механической работе на диаграмме соответствует площадь цикла. Из диаграмм видно, что площадь обоих циклов одинаковая: Следовательно, совершаемая машиной механическая работа за цикл не изменяется (Б — 3).

Определить, что произойдёт с передаваемым газу от нагревателя количеством теплоты за цикл, немного сложнее. Подробно разберём оба цикла. На участках 1-2-3 объём газа увеличивается, его температура тоже увеличивается. Следовательно, по первому началу термодинамики, на этих участках тепло передаётся газу от нагревателя. На участках 3-4-1 температура и объём газа уменьшаются, а значит, тепло отводится от системы. Определим, сколько тепла передается газу на участках 1-2-3 (для этого потребуются первое начало термодинамики и уравнение Клапейрона — Менделеева). Для первого цикла:

Таким образом, передаваемое газу от нагревателя тепло за цикл увеличивается (А — 1).

Наконец, КПД тепловой машины связано с работой за цикл и передаваемым газу теплом от нагревателя соотношением Поскольку в результате изменения цикла работа газа не изменяется, а передаваемое от нагревателя количество теплоты увеличивается, заключаем, что КПД тепловой машины уменьшается (В — 2).

Тот же самый вопрос про Q2

При подсчете переданного газу количества теплоты необходимо сложить проделанную газом работу и изменение его внутренней энергии. Работа равна площади под процессом 1-2-3, как именно газ отдавал тепло на участке 3-4-1 не важно. От этого будет зависеть только полезна работа и отданное тепло.

Здравствуйте! Работа вроде считается по площади под фигурой, а КПД по площади фигуры? Если так, то получается, что работа увеличилась,а КПД не изменилось.

Совсем не так. Полезная работа за цикл — это площадь фигуры. КПД — это отношение полезной работы к переданному теплу. Для поиска КПД помимо подсчета площади нужно еще разобраться с тем, сколько тепла было подведено к системе. Это достаточно подробно описано в решении. Постарайтесь разобраться.

Добрый день. В последнем абзаце написано, что работа газа не меняется. А при вычислении передаваемого газу количества теплоты в формуле написано, что работа газа в первом цикле 4pV, а во втором 6pV. В чем я ошибаюсь, не могу понять.

Это работы на участке 2-3. За весь цикл работы одинаковы:

В тепловой машине один моль идеального одноатомного газа совершает процесс, изображенный на рисунке 1. Этот циклический процесс заменяют на другой, изображенный на рисунке 2, не изменяя ни газ, ни его количество. Как в результате изменятся следующие физические величины: передаваемое газу от нагревателя количество теплоты; совершаемая машиной механическая работа; КПД тепловой машины?

А) Передаваемое газу от нагревателя количество теплоты за цикл

Б) Совершаемая машиной механическая работа за цикл

В) КПД тепловой машины

Совершаемой за цикл тепловой машиной механической работе на диаграмме соответствует площадь цикла. Из диаграмм видно, что площадь обоих циклов одинаковая: Следовательно, совершаемая машиной механическая работа за цикл не изменяется (Б — 3).

Определить, что произойдет с передаваемым газу от нагревателя количеством теплоты за цикл, немного сложнее. Подробно разберем оба цикла. На участках 1-2-3 объем газа увеличивается, его температура тоже увеличивается. Следовательно, по первому началу термодинамики, на этих участках тепло передается газу от нагревателя. На участках 3-4-1 температура и объем газа уменьшаются, а значит, тепло отводится от системы. Определим, сколько тепла передается газу на участках 1-2-3 (для этого потребуются первое начало термодинамики и уравнение Клапейрона — Менделеева). Для первого цикла:

Таким образом, передаваемое газу от нагревателя тепло за цикл уменьшается (А — 2).

Наконец, КПД тепловой машины связано с работой за цикл и передаваемым газу теплом от нагревателя соотношением Поскольку в результате изменения цикла работа газа не изменяется, а передаваемое от нагревателя количество теплоты уменьшается, заключаем, что КПД тепловой машины увеличивается (В — 1).

С одним молем идеального одноатомного газа последовательно проводят четыре различных циклических процесса, каждый раз измеряя совершённую за цикл работу и количество теплоты, отданное за цикл холодильнику. Этим процессам соответствуют пронумерованные точки на диаграмме. Вдоль горизонтальной оси этой диаграммы откладываются КПД циклических процессов, а вдоль вертикальной оси — количества теплоты Q, полученной газом от нагревателя за один цикл.

Как изменится работа, совершённая газом за цикл, при переходе от цикла 3 к циклу 4? Как изменится модуль количества теплоты, отдаваемой газом за цикл холодильнику, при переходе от цикла 1 к циклу 2?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Работу газа за цикл находим из формулы Она равна

При переходе от цикла 3 к циклу 4 работа увеличивается (1).

Из формулы следует, что количество теплоты, отданное холодильнику

При переходе от цикла 1 к циклу 2 количество теплоты, отданное холодильнику, увеличивается (1).

С одним молем идеального одноатомного газа последовательно проводят четыре различных циклических процесса, каждый раз измеряя совершённую за цикл работу и количество теплоты, отданное за цикл холодильнику. Этим процессам соответствуют пронумерованные точки на диаграмме. Вдоль горизонтальной оси этой диаграммы откладываются КПД циклических процессов, а вдоль вертикальной оси — количества теплоты Q, полученной газом от нагревателя за один цикл.

Как изменится работа, совершённая газом за цикл, при переходе от цикла 1 к циклу 4? Как изменится модуль количества теплоты, отдаваемой газом за цикл холодильнику, при переходе от цикла 2 к циклу 3?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Работу газа за цикл находим из формулы Она равна

При переходе от цикла 1 к циклу 4 работа увеличивается (1).

Из формулы следует, что количество теплоты, отданное холодильнику

При переходе от цикла 2 к циклу 3 количество теплоты, отданное холодильнику, уменьшается (2).

Температуру холодильника идеальной тепловой машины уменьшили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Если понизить температуру холодильника при неизменной температуре нагревателя, КПД идеальной тепловой машины увеличится: КПД связано с работой газа A и количеством теплоты полученным газом за цикл, соотношением Таким образом, поскольку при понижении температуры холодильника количество теплоты, получаемое газом от нагревателя за цикл, не изменяется, заключаем, что работа газа за цикл увеличится. Отданное холодильнику количество теплоты можно найти из закона сохранения энергии: Так как после понижения температуры холодильника количество теплоты останется неизменным, а работа возрастет, количество теплоты отданное холодильнику за цикл работы, уменьшится.

Источник