Wykład 12 Silnik Carnota z gazem doskonałym Sprawność silnika Carnota z gazem doskonałym Współczynnik wydajności chłodziarki i pompy cieplnej Carnota

Transkrypt

1 Wykła Silnik Carnota z azem oskonałym Sprawność silnika Carnota z azem oskonałym Współczynnik wyajności chłoziarki i pompy cieplnej Carnota z azem oskonałym RównowaŜność skali temperatury termoynamicznej i skali temperatury azu oskonałeo; bezwzlęna skala temperatur

2 Przypomnienie Ciepło to eneria przekazywana przez jeno ciało ruiemu w wyniku róŝnicy temperatur mięzy tymi ciałami Praca to eneria przekazywana przez jeno ciało ruiemu za pośrenictwem siły ziałającej mięzy tymi ciałami

3 Silnik Carnota z azem oskonałym zmienne obciąŝenie N.L. Sai Carnot 8 Silnik owracalny, w którym substancją roboczą jest az oskonały. Nie ma tarcia, strat, obowiązuje równanie stanu azu oskonałeo Przemiany w cyklu Carnota z azem oskonałym: az az. Izotermiczne rozpręŝanie azu. Gaz pobiera ciepło ze źróła órneo utrzymując stałą temperaturę i wykonuje pracę przesuwając tłok.. Aiabatyczne rozpręŝanie azu. Gaz wykonuje pracę kosztem enerii wewnętrznej. emperatura spaa o.. Izotermiczne spręŝanie azu kosztem pracy zewnętrznej. NawyŜka ciepła (temperatura jest stała i wynosi ) jest oprowazana o źróła olneo. az az. Aiabatyczne spręŝanie azu kosztem pracy zewnętrznej. emperatura azu (i jeo eneria wewnętrzna) rośnie o.

4 ciśnienie P, kpa izotermy aiabaty Przemiany w obieu Carnota z azem oskonałym:. Izotermiczne rozpręŝanie azu. Gaz pobiera ciepło ze źróła órneo utrzymując stałą temperaturę i wykonuje pracę przesuwając tłok.. Aiabatyczne rozpręŝanie azu. Gaz wykonuje pracę kosztem enerii wewnętrznej. emperatura spaa o. objętość właściwa v, m /k Obie Carnota z azem oskonałym. Izotermiczne spręŝanie azu kosztem pracy zewnętrznej. NawyŜka ciepła (temperatura jest stała i wynosi ) jest oprowazana o źróła olneo.. Aiabatyczne spręŝanie azu kosztem pracy zewnętrznej. emperatura azu (i jeo eneria wewnętrzna) rośnie o.

5 ciśnienie P, kpa izotermy aiabaty Silnik wykonuje pracę przesuwając tłok poczas przemian i. Otoczenie wykonuje pracę spręŝając az w komorze roboczej poczas przemian i. Praca uŝyteczna jest równa polu powierzchni. Silnik pobiera ciepło poczas przemiany, oaje ciepło poczas przemiany. objętość właściwa v, m /k P P Nk Nk Nk Nk ln ln Obie Carnota z azem oskonałym PoniewaŜ sprawność silnika Carnota: η W 5

6 ciśnienie P, kpa izotermy aiabaty zaleŝy tylko o stosunku / musimy znaleźć związki łączące objętości,, i. PoniewaŜ la przemiany aiabatycznej: mamy takŝe: γ P const; objętość właściwa v, m /k Obie Carnota z azem oskonałym Nk γ γ const; czyli const Po pozieleniu stronami: Nk Nk ln ln γ γ γ γ 6

7 7. Sprawność silnika Carnota z azem oskonałym bęzie:, W η zie jest temperaturą órneo źróła ciepła (rzejnika), a temperaturą olneo źróła ciepła (chłonicy). Związek pomięzy i, poobnie jak wzór na sprawność, musi być słuszny la kaŝeo silnika owracalneo: Sprawność silnika Carnota z azem oskonałym Jest to ten sam związek, który otrzymaliśmy z rozwaŝań na silnikami owracalnymi.

8 Sprawzian rzy silniki Carnota współpracują ze zbiornikami cieplnymi o temperaturach: a) 00 i 500 K, b) 600 i 800 K, c) 00 i 600 K. Uszereuj te silniki wełu ich sprawności, zaczynając o największej wartości. Zaanie Silnik Carnota pracuje ze zbiornikami ciepła o temperaturach 850 K i 00 K. W kaŝym cyklu, który trwa 0,5 s, silnik wykonuje pracę równą 00 J. a) Ile wynosi sprawność teo silnika? b) Ile wynosi śrenia moc teo silnika? c) Ile ciepła jest pobierane w kaŝym cyklu ze zbiornika o wyŝszej temperaturze? ) Jaka eneria jest oprowazana w kaŝym cyklu o zbiornika o niŝszej temperaturze? 8

9 9 Współczynnik wyajności chłoziarki i pompy cieplnej Carnota z azem oskonałym Współczynnik wyajności chłoziarki: W β Współczynnik wyajności pompy cieplnej: W β β β ββ+ β β β

10 Sprawzian Chcemy zwiększyć współczynnik wyajności chłoziarki. Czy moŝemy to osiąnąć: a) ponosząc nieco temperaturę komory chłoniczej, b) obniŝając nieco temperaturę komory chłoniczej, c) przenosząc chłoziarkę o cieplejszeo pomieszczenia, ) przenosząc chłoziarkę o chłoniejszeo pomieszczenia. ZałóŜmy, Ŝe kaŝa z tych operacji wiąŝe się z taką samą bezwzlęną zmianą temperatury. Uszereuj te operacje wełu współczynnika wyajności, zaczynając o jeo największej wartości. Zaanie Silnik elektryczny napęza pompę cieplną, która przekazuje ciepło z zewnątrz buynku, zie panuje temperatura -5 C, o pomieszczenia, w którym jest 7 C. ZałóŜ, Ŝe pompa cieplna jest pompą cieplną Carnota (pracuje w cyklu owrotnym Carnota). Ile Ŝuli ciepła oprowazoneo o pokoju przypaa na kaŝy Ŝul zuŝytej enerii elektrycznej? 0

11 RównowaŜność skali temperatury termoynamicznej i skali temperatury azu oskonałeo; bezwzlęna skala temperatur L kolba z azem Punkt potrójny, 0,0 C ciśnienie 6,7 Pa Z teorii kinetycznomolekularnej la azu oskonałeo: P P C P Z równania stanu azu oskonałeo: P P P ( 7,6 K) n P nr N A mv sr.kw. manometr rtęciowy Śrenia eneria kinetyczna ruchu postępoweo cząsteczki a temperatura: E mvśr.kw. R k,sr. NA k t Wyajność silnika owracalneo: η zie t to temperatura termoynamiczna, a t silnika owracalneo z azem oskonałym: η zie to temperatura azu oskonałeo. OBIE SKALE SĄ RÓWNOWAśNE: t BEZWGLĘDNA SKALA EMPERAUR