Зміст другого закону ККД реальної теплової машини. ККД теплових машин. ККД теплової машини – формула. ККД теплового двигуна з ідеальним газом як робоче тіло.

ККД теплової машини пов'язаний з кількістю теплоти, отриманою за цикл від нагрівача, і кількістю теплоти, відданою холодильнику, співвідношенням:

ККД - формула

η= Q корисний. / Q заг. *100%

ККДдорівнює відношенню корисної кількості теплоти до її повної кількості.

η=A/ Q заг. *100%

A- робота.

Корисна теплота (енергія) - енергія, витрачена лише досягнення поставленої мети (загалом плані).

Повна енергія - загальна кількість витраченої енергії (тобто з урахуванням втрат будь-яких чинників).

Повна енергія (для теплової машини)- сума корисної енергії та енергії та енергії, відданої холодильнику: Q повн. = Q корисний. +Q хол.

Значить, корисна енергія дорівнює різниці повної енергії та енергії, відданої холодильнику: Q корисний. = Q повн. -Q хол.

Теплова машина з ККД понад 100% не може існувати.

Якщо відомий відсоток ККД, кількість теплоти можна розрахувати за допомогою пропорцій. знаючи лише одну із складових теплоти та ККД, можна обчислити інші складові. Відсотки ККД прямо пропорційні корисній роботі. Наприклад, якщо ККД теплової машини дорівнює 10% і ця машина машина здійснила роботу, наприклад, в 20 ДЖ за цикл роботи, то вся теплота (100%) дорівнює 200 Дж, з яких 180 (90%) віддано холодильнику.

Залежність ККД від температури

Також ККД залежить від температури нагрівального елементата холодильника:

η=(Tн -Tх )/Tн - ККД дорівнює відношенню різниці температур нагрівача та холодильника до температури нагрівача.

Треба враховувати, що температура холодильника не може бути вищою за температуру нагрівача, інакше теплова машина не має сенсу існування.

При незмінній температурі холодильника, що стоїть температура нагрівача, то вище ККД, залежність по гиперболе.

Внутрішня енергія газу є функцією стану газу, тобто залежить лише від того, у якому стані знаходиться газ. Якщо газ у результаті циклічного процесу повертається у вихідний стан, зміна його внутрішньої енергії дорівнюватиме нулю.

Якщо на діаграмі p-V площафігури, обмеженої лініями циклічного процесу відмінна від нуля, то газ здійснив роботу.

При циклічному процесі на діаграмі p-V, якщо газ здійснив роботу, значить сумарна кількість отриманої і відданої теплоти дорівнює нулю, тому що вся отримана кількість теплоти повністю витрачається на зміну внутрішньої енергії і на роботу газом. Газ при поверненні у вихідний стан має таку ж внутрішню енергію, оскільки вона є функцією стану, отже, вся отримана енергія було витрачено працювати.

ККД теплової машини можна збільшити, зменшивши температуру холодильника або збільшивши температуру нагрівача.

На діаграмі p-V роботагазу результаті циклічного процесу відповідає площі всередині циклу.

Після здійснення будь-якого циклічного процесу газ повертається в початковий стан. Внутрішня енергія є функцією стану, отже внаслідок здійснення циклічного процесу її зміна дорівнює нулю.

ККД теплової машини лінійно зменшується при зростанні температури холодильника.

На діаграмі p-T газне робить роботу, якщо пряма графіка зміни його стану проходить через початок координат, тому що в цьому випадку обсяг не змінюється.

Позитивна кількість теплоти мимоволі не може перейти від холоднішого тіла до гарячішого.

Не можна створити циклічний тепловий двигун, за допомогою якого можна енергію, отриману від нагрівача, повністю перетворити на механічну роботу.

Другий початок термодинамікизабороняє так звані вічні двигуни другого роду, показуючи, що ККД не може дорівнювати 100%.

Другий початок термодинаміки: ККД теплової машини не може бути більшим або дорівнює 100%.

Постулат Клаузіуса: "Неможливий процес, єдиним результатом якого була б передача тепла від холоднішого тіла до гарячішого. Тепло мимоволі може переходити тільки від гарячішого тіла до холоднішого.".

Постулат Томпсона (Кельвіна):"Неможливий круговий процес, єдиним результатом якого було б проведення роботи за рахунок охолодження теплового резервуару".

Можлива передача енергії від тіла з меншою температурою до тіла з більшою температурою шляхом виконання роботи.

Розширюючись, газ здійснює позитивну роботу, а стискаючись - негативну.

Внутрішня енергія фіксованої кількості одноатомного ідеального газу залежить лише від температури: ΔU=(3/2) v RΔT.

При адіабатичному процесі теплообмін відсутній.

Цикл Карно складається з двох адіабат, ізотермічного стиснення та розширення. Внутрішня енергія газу змінюється на адіабатах, тобто двох ділянках цього циклу.

Коефіцієнт корисної дії(ККД) - термін, які можна застосувати, мабуть, до кожної системи та пристрою. Навіть у людини є ККД, правда, напевно, поки що не існує об'єктивної формули для її знаходження. У цій статті докладно розповімо, що таке ККД і як його можна розрахувати для різних систем.

ККД-визначення

ККД - це показник, що характеризує ефективність тієї чи іншої системи щодо віддачі чи перетворення енергії. ККД - безмірна величина і є або числовим значенням в діапазоні від 0 до 1, або у відсотках.

Загальна формула

ККД позначається символом Ƞ.

Загальна математична формула знаходження ККД записується так:

?=А/Q, де А - корисна енергія/робота, виконана системою, а Q - енергія, що споживається цією системою для організації процесу отримання корисного виходу.

Коефіцієнт корисної дії, на жаль, завжди менше одиниці або дорівнює їй, оскільки згідно із законом збереження енергії ми не можемо отримати роботи більше, ніж витрачено енергії. Крім того, ККД насправді вкрай рідко дорівнює одиниці, оскільки корисна робота завжди супроводжується наявністю втрат, наприклад, на нагрівання механізму.

ККД теплового двигуна

Тепловий двигун - це пристрій, що перетворює теплову енергіюу механічну. У тепловому двигуні робота визначається різницею кількості теплоти, отриманої від нагрівача, та кількості теплоти, відданої охолоджувачу, а тому ККД визначається за формулою:

  • ?=Qн-Qх/Qн, де Qн - кількість теплоти, отримана від нагрівача, а Qх - кількість теплоти, віддане охолоджувачу.

Вважається, що високий ККД забезпечують двигуни, що працюють за циклом Карно. У цьому випадку ККД визначається за такою формулою:

  • Ƞ=T1-T2/T1, де Т1 – температура гарячого джерела, T2 – температура холодного джерела.

ККД електричного двигуна

Електричний двигун - це пристрій, який перетворює електричну енергію на механічну, так що ККД у даному випадку - це коефіцієнт ефективності пристрою щодо перетворення електричної енергіїу механічну. Формула знаходження ККД електричного двигунавиглядає так:

  • ?=P2/P1, де P1 - підведена електрична потужність, P2 - корисна механічна потужність, вироблена двигуном.

Електрична потужність знаходиться як добуток струму та напруги системи (P=UI), а механічна - як відношення роботи до одиниці часу (P=A/t)

ККД трансформатора

Трансформатор - це пристрій, який перетворює змінний струм однієї напруги на змінний струм іншої напруги, зберігаючи частоту. Крім того, трансформатори також можуть перетворювати змінний струм на постійний.

Коефіцієнт корисної дії трансформатора знаходиться за формулою:

  • ?=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), де P0 - втрати режиму холостого ходу, PL - навантажувальні втрати, P2 - активна потужність, що віддається навантаженню, n - відносний ступінь навантаження.

ККД чи не ККД?

Варто зауважити, що крім ККД існує ще ряд показників, які характеризують ефективність енергетичних процесів, і іноді ми можемо зустріти описи типу - ККД близько 130%, проте в даному випадку потрібно розуміти, що термін застосований не зовсім коректно, і найімовірніше автор або виробник розуміє під даною абревіатурою дещо іншу характеристику.

Наприклад, теплові насосивідрізняються тим, що можуть віддавати більше теплоти, ніж витрачають. Так, холодильна машина може відвести від об'єкта, що охолоджується, більше теплоти, ніж витрачено в енергетичному еквіваленті на організацію відведення. Показник ефективності холодильної машини називається холодильним коефіцієнтом, позначається літерою і визначається за формулою: Qx/A, де Qx - тепло, що відводиться від холодного кінця, A - робота, витрачена на процес відведення. Однак іноді холодильний коефіцієнт називають і ККД холодильної машини.

Цікаво також, що ККД котлів, що працюють на органічному паливі, зазвичай розраховується за нижчою теплотою згоряння, при цьому він може вийти більше одиниці. Проте його все одно традиційно називають ККД. Можна визначати ККД котла за вищою теплотою згоряння, і тоді він завжди буде менше одиниці, проте в цьому випадку незручно порівнюватиме показники котлів з даними інших установок.

приклад. Середня сила тяги двигуна становить 882 Н. На 100 км. шляху він споживає 7 кг бензину. Визначте ККД його двигуна. Спочатку знайдіть корисну роботу. Вона дорівнює добутку сили F на відстань S, яка долається тілом під її впливом Ап=F∙S. Визначте кількість теплоти, яка виділиться при спалюванні 7 кг бензину, це буде витрачена робота Аз = Q = q∙m, де q – питома теплота згоряння палива, для бензину вона дорівнює 42∙10^6 Дж/кг, а m – маса цього палива. ККД двигуна дорівнюватиме ККД=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.

У загальному випадку, щоб знайти ККД, будь-якої теплової машини (двигуна внутрішнього згоряння, парового двигуна, турбіни і т.д.), де робота виконується газом, має коефіцієнт корисної дії рівний різниці теплоти відданої нагрівачем Q1 і отриманої холодильником Q2, знайдіть різницю теплоти нагрівача і холодильника, і поділіть на теплоту нагрівача ККД = (Q1-Q2)/Q1 . Тут ККД вимірюється в одиницях від 0 до 1, щоб перевести результат у відсотки, помножте його на 100.

Щоб отримати ККД ідеальної теплової машини (машини Карно), знайдіть відношення різниці температури нагрівача Т1 і холодильника Т2 до температури нагрівача ККД=(Т1-Т2)/Т1. Це гранично можливий ККД для конкретного типу теплової машини із заданими температурами нагрівача та холодильника.

Для електродвигуна знайдіть витрачену роботу як добуток потужності на час її виконання. Наприклад, якщо електродвигун крана потужністю 3,2 кВт піднімає вантаж масою 800 кг на висоту 3,6 м за 10 с, його ККД дорівнює відношенню корисної роботиАп=m∙g∙h, де m – маса вантажу, g≈10 м/с² прискорення вільного падіння, h – висота на яку підняли вантаж, та витраченої роботи Аз=Р∙t, де Р – потужність двигуна, t – час його роботи. Отримайте формулу для визначення ККД=Ап/Аз∙100%=(m∙g∙h)/(Р∙t) ∙100%=%=(800∙10∙3,6)/(3200∙10) ∙100% = 90%.

Відео на тему

Джерела:

  • як визначити ккд

ККД (коефіцієнт корисної дії) - безрозмірна величина, що характеризує ефективність роботи. Робота є сила, що впливає процес протягом деякого часу. На дію сили витрачається енергія. Енергія вкладається у силу, сила вкладається у роботу, робота характеризується результативністю.

Інструкція

Розрахунок ККД із визначення енергії, витраченої безпосередньо для досягнення результату. Вона може бути виражена в одиницях, необхідних досягнення результату енергії, сили, потужності.
Щоб не помилитися, корисно пам'ятати таку схему. Найпростіша включає елемента: «робочий», джерело енергії, органи управління, шляхи та елементи проведення та перетворення енергії. Енергія, витрачена досягнення результату – це енергія, витрачена лише «робочим інструментом».

Далі ви визначаєте енергію, реально витрачену всією системою у процесі досягнення результату. Тобто не лише «робочим інструментом», а й органами управління, перетворювачами енергії, а також до витрат слід зарахувати енергію, розсіяну у шляхах проведення енергії.

І далі ви підраховуєте коефіцієнт корисної дії за формулою:
К.П.Д. = (А/В)*100%, де
А – енергія, необхідна досягнення результату
В - енергія, реально витрачена системою на досягнення результатів. Наприклад: на проведення електроінструментальних робіт було витрачено 100 кВт, при цьому вся енергосистема цеху за цей час спожила 120 кВт. ККД системи (енергосистеми цеху) в цьому випадку дорівнюватиме 100 кВт / 120 кВт = 0.83 * 100% = 83%.

Відео на тему

Зверніть увагу

Часто поняття ККД застосовують, оцінюючи ставлення запланованих витрат енергії та реально витрачених. Наприклад, співвідношення запланованих обсягів робіт (або часу, необхідного для виконання роботи) до реально виконаних робіт і витраченого часу. Тут слід бути дуже уважним. Наприклад, запланували витратити на роботи 200 кВт, а витратили 100 кВт. Або запланували провести роботи за 1 годину, а витратили 0,5 години; в обох випадках ККД виходить 200%, що неможливо. Насправді в таких випадках має місце, як кажуть економісти, «стаханівський синдром», тобто свідоме заниження плану щодо реально необхідних витрат.

Корисна порада

1. Витрати енергії ви повинні оцінювати в одних і тих самих одиницях.

2. Витрачена всією системою енергія не може бути меншою за витрачену безпосередньо на досягнення результату, тобто ККД не може бути більше 100%.

Джерела:

  • як порахувати енергії

Порада 3: Як розрахувати ефективність танка у грі World of Tanks

Рейтинг ефективності танка або його ККД – один із комплексних показників ігрової майстерності. Його враховують при прийомі до топових кланів, до кіберспортивних команд, до рот. Формула розрахунку досить складна, тому гравці користуються різними онлайн-калькуляторами.

Формула розрахунку

Одна з перших формул розрахунку виглядала так:
R = K x (350 - 20 x L) + Ddmg x (0,2 + 1,5 / L) + S x 200 + Ddef x 150 + C x 150

Сама формула наведена на зображенні. У цій формулі є такі змінні:
- R – бойова ефективність гравця;
- К – середня кількість знищених танків (загальна кількість фрагів, поділена на загальну кількість боїв):
- L – середній рівень танка;
- S – середня кількість виявлених танків;
- Ddmg – середня кількість завданих збитків за бій;
- Ddef – середня кількість очок захисту бази;
- С – середня кількість очок захоплення бази.

Значення одержаних цифр:
- менше 600 – поганий гравець; такий ККД мають близько 6% усіх гравців;
- від 600 до 900 - гравець нижче середнього; такий ККД мають 25% усіх гравців;
- від 900 до 1200 – середній гравець; таку ефективність мають 43% гравців;
- від 1200 і від – сильний гравець; таких гравців близько 25%;
- понад 1800 – унікальний гравець; таких трохи більше 1%.

Американські гравці використовують свою формулу WN6, яка виглядає так:
wn6 = (1240 - 1040 / (MIN (TIER,6)) ^ 0.164) x FRAGS + DAMAGE x 530 / (184 x e ^ (0.24 x TIER) + 130) + SPOT x 125 + MIN (DEF, 2.2) x 100 + ((185 / (0.17+ e^((WINRATE - 35) x 0.134))) - 500) x 0.45 + (6-MIN(TIER,6)) x 60

У цій формулі:
MIN (TIER,6) – середній рівень танка гравця, якщо він більший за 6, використовується значення 6
FRAGS – середня кількість знищених танків
TIER – середній рівень танків гравця
DAMAGE – середня шкода в бою
MIN (DEF,2,2) – середня кількість збитих очок захоплення бази, якщо значення більше 2,2 використовується 2,2
WINRATE – загальний відсоток перемог

Як видно, у цій формулі не враховуються очки захоплення бази, кількість фрагів на низькорівневій техніці, відсоток перемог та вплив початкового засвіту на рейтингу позначаються не дуже.

Компанія Wargeiming запровадила в оновленні показник особистого рейтингу ефективності гравця, який розраховується за складнішою формулою, яка враховує всі можливі статистичні показники.

Як підвищити ефективність

З формули Кх(350-20хL) видно, що чим вище рівень танка, тим менше очок ефективності виходить за знищення танків, зате більше за нанесення шкоди. Тому, граючи на низькорівневій техніці, намагайтеся брати більше фрагів. На високорівневій – наносити більше втрат (дамага). Кількість очок отриманих чи збитих очок захоплення бази на рейтинг впливають несильно, причому за збиті окуляри захоплення очок ККД нараховується більше, ніж за отримані окуляри захоплення бази.

Тому більшість гравців покращують свою статистику, граючи на нижчих рівнях у так званій пісочниці. По-перше, більшість гравців на нижчих рівнях – новачки, які не мають навичок, не використовують прокачаний екіпаж з уміннями та навичками, не використовують додаткове обладнання, не знають переваг та недоліків того чи іншого танка.

Незалежно від того, на якій техніці граєте, намагайтеся збивати якомога більше очок захоплення бази. Взводні бої сильно підвищують рейтинг ефективності, тому що гравці у взводі діють скоординовано і частіше досягають перемоги.

Термін "ККД" - це абревіатура, утворена від словосполучення "коефіцієнт корисної дії". В самому загальному виглядівін являє собою співвідношення витрачених ресурсів та результату виконаної з їх використанням роботи.

ККД

Поняття коефіцієнта корисної дії (ККД) може бути застосоване до самих різним типампристроїв та механізмів, робота яких заснована на використанні будь-яких ресурсів. Так, якщо в якості такого ресурсу розглядати енергію, що використовується для роботи системи, результатом цього слід вважати обсяг корисної роботи, виконаної на цій енергії.

У загальному вигляді формулу ККД можна записати так: n = A*100%/Q. У цій формулі символ n застосовується як позначення ККД, символ A являє собою обсяг виконаної роботи, а Q - обсяг витраченої енергії. При цьому варто наголосити, що одиницею вимірювання ККД є відсотки. Теоретично максимальна величина цього коефіцієнта становить 100%, проте практично досягти такого показника практично неможливо, оскільки у роботі кожного механізму присутні ті чи інші втрати енергії.

ККД двигуна

Двигун внутрішнього згоряння (ДВС), що є одним з ключових компонентів механізму сучасного автомобіля, також є варіантом системи, заснованої на використанні ресурсу - бензину або дизельного палива. Тому для неї можна розрахувати величину ККД.

Незважаючи на всі технічні досягнення автомобільної промисловості, стандартний ККД ДВС залишається досить низьким: залежно від використаних при конструюванні двигуна технологій, він може становити від 25% до 60%. Це з тим, робота такого двигуна пов'язані з значними втратами енергії.

Так, найбільші втрати ефективності роботи ДВЗ припадають на роботу системи охолодження, яка забирає до 40% енергії виробленої двигуном. Значна частина енергії – до 25% – втрачається в процесі відведення відпрацьованих газів, тобто просто виноситься в атмосферу. Нарешті, приблизно 10% енергії, що виробляється двигуном, йде подолання тертя між різними деталями ДВС.

Тому технологи та інженери, зайняті в автомобільній промисловості, докладають значних зусиль для підвищення ККД двигунів шляхом скорочення втрат за всіма переліченими статтями. Так, основне напрям конструкторських розробок, спрямоване зменшення втрат, що стосуються роботи системи охолодження, пов'язані з спробами зменшити розмір поверхонь, якими відбувається теплоотдача. Зменшення втрат у процесі газообміну проводиться переважно з використанням системи турбонаддува, а зниження втрат, пов'язаних із тертям, - за допомогою застосування більш технологічних та сучасних матеріалів при конструюванні двигуна. Як стверджують фахівці, застосування цих та інших технологій здатне підняти ККД ДВС до рівня 80% та вище.

Відео на тему

Джерела:

  • Про ДВС, його резерви та перспективи розвитку очима фахівця

>>Фізика: Принцип дії теплових двигунів. Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплових двигунів

Запаси внутрішньої енергії в земної корита океанах можна вважати практично необмеженими. Але для вирішення практичних завдань мати запаси енергії ще недостатньо. Необхідно ще вміти за рахунок енергії рухати верстати на фабриках і заводах, засоби транспорту, трактори та інші машини, обертати ротори генераторів електричного струмуі т. д. Людству потрібні двигуни - пристрої, здатні виконувати роботу. Більшість двигунів на Землі - це теплові двигуни. Теплові двигуни - це пристрої, що перетворюють внутрішню енергію палива на механічну.
Принципи дії теплових двигунівДля того, щоб двигун виконував роботу, необхідна різниця тисків по обидва боки поршня двигуна або лопаті турбіни. У всіх теплових двигунах ця різниця тисків досягається за рахунок підвищення температури робочого тіла (газу) на сотні або тисячі градусів у порівнянні з температурою довкілля. Таке підвищення температури відбувається за згоряння палива.
Одна з основних частин двигуна - посудина, наповнена газом, з рухомим поршнем. Робочим тілом у всіх теплових двигунів є газ, який здійснює роботу під час розширення. Позначимо початкову температуру робочого тіла (газу) через T1.Цю температуру в парових турбінах або машинах набуває пари в паровому котлі. У двигунах внутрішнього згоряння та газових турбінах підвищення температури відбувається при згорянні палива всередині самого двигуна. Температуру T 1температурою нагрівача.
Роль холодильника.У міру виконання роботи газ втрачає енергію і неминуче охолоджується до деякої температури T 2, Яка зазвичай трохи вище температури навколишнього середовища. Її називають температурою холодильника. Холодильником є ​​атмосфера або спеціальні пристрої для охолодження та конденсації відпрацьованої пари. конденсатори. В останньому випадку температура холодильника може бути трохи нижчою за температуру атмосфери.
Таким чином, у двигуні робоче тіло при розширенні не може віддати всю свою внутрішню енергію на виконання роботи. Частина теплоти неминуче передається холодильнику (атмосфері) разом із відпрацьованим парою чи вихлопними газами двигунів внутрішнього згоряння та газових турбін. Ця частина внутрішньої енергії губиться.
Тепловий двигун здійснює роботу за рахунок внутрішньої енергії робочого тіла. Причому в цьому процесі відбувається передача теплоти від гарячих тіл (нагрівача) до холоднішим (холодильнику).
Принципова схема теплового двигуназображено малюнку 13.11.
Робоче тіло двигуна отримує від нагрівача при згорянні палива кількість теплоти Q 1здійснює роботу A´ і передає холодильнику кількість теплоти Q 2 .
Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплового двигуна.Неможливість повного перетворення внутрішньої енергії газу на роботу теплових двигунів обумовлена ​​незворотністю процесів у природі. Якщо тепло могло мимоволі повертатися від холодильника до нагрівача, то внутрішня енергія могла б бути повністю перетворена на корисну роботу за допомогою будь-якого теплового двигуна.
Відповідно до закону збереження енергії робота, що здійснюється двигуном, дорівнює:

де Q 1- кількість теплоти, отримана від нагрівача, а Q 2- кількість теплоти, віддана холодильнику.
Коефіцієнтом корисної дії (ККД) теплового двигунаназивають відношення роботи , що здійснюється двигуном, до кількості теплоти, отриманої від нагрівача:

Так як у всіх двигунів деяка кількість теплоти передається холодильнику, то η<1.
ККД теплового двигуна пропорційний різниці температур нагрівача та холодильника. При T 1 -T 2=0 двигун не може працювати.
Максимальне значення ККД теплових двигунів.Закони термодинаміки дозволяють обчислити максимально можливий ККД теплового двигуна, що працює з нагрівачем, що має температуру. T 1, та холодильником з температурою T 2. Вперше це зробив французький інженер і вчений Саді Карно (1796-1832) у праці "Роздуми про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу" (1824).
Карно придумав ідеальну теплову машину з ідеальним газом як робоче тіло. Ідеальна теплова машина Карно працює за циклом, що складається з двох ізотерм та двох адіабат. Спочатку посудину з газом приводять у контакт з нагрівачем, газ ізотермічно розширюється, роблячи позитивну роботу, при температурі T 1 ,при цьому він отримує кількість теплоти Q 1.
Потім посудину теплоізолюють, газ продовжує розширюватися вже адіабатно, при цьому його температура знижується до температури холодильника T 2. Після цього газ приводять у контакт із холодильником, при ізотермічному стисканні він віддає холодильнику кількість теплоти. Q 2стискаючись до обсягу V 4 . Потім посудину знову термоізолюють, газ стискається адіабатно до об'єму. V 1і повертається до початкового стану.
Карно отримав для ККД цієї машини такий вираз:

Як і слід було очікувати, ККД машини Карно прямо пропорційний різниці абсолютних температур нагрівача та холодильника.
Головне значення цієї формули полягає в тому, що будь-яка реальна теплова машина, що працює з нагрівачем, що має температуру T 1 ,та холодильником з температурою T 2, не може мати ККД, що перевищує ККД ідеальної теплової машини

Формула (13.19) дає теоретичну межу максимального значення ККД теплових двигунів. Вона показує, що тепловий двигун тим ефективніший, чим вища температура нагрівача і нижча температура холодильника. Лише при температурі холодильника, що дорівнює абсолютному нулю, η =1.
Але температура холодильника практично не може бути нижчою за температуру навколишнього повітря. Підвищувати температуру нагрівача можна. Однак будь-який матеріал (тверде тіло) має обмежену теплостійкість, або жароміцність. При нагріванні він поступово втрачає свої пружні властивості, а за досить високої температури плавиться.
Зараз основні зусилля інженерів спрямовані на підвищення ККД двигунів за рахунок зменшення тертя їх частин, втрат палива внаслідок його неповного згоряння і т.д. Реальні можливості підвищення ККД тут все ще залишаються великими. Так, для парової турбіни початкові та кінцеві температури пари приблизно такі: T 1≈800 K та T 2≈300 K. При цих температурах максимальне значення коефіцієнта корисної дії дорівнює:

Справжнє значення ККД через різноманітних енергетичних втрат приблизно дорівнює 40%. Максимальний ККД – близько 44% – мають двигуни Дизеля.
Підвищення ККД теплових двигунів та наближення його до максимально можливого – найважливіше технічне завдання.
Теплові двигуни здійснюють роботу завдяки різниці тиску газу на поверхнях поршнів або лопатей турбіни. Ця різниця тисків створюється за допомогою різниці температур. Максимально можливий ККД пропорційний цій різниці температур і обернено пропорційний абсолютній температурі нагрівача.
Тепловий двигун не може працювати без холодильника, роль якого зазвичай відіграє атмосфера.

???
1. Який пристрій називають тепловим двигуном?
2. Яка роль нагрівача, холодильника та робочого тіла у тепловому двигуні?
3. Що називається коефіцієнтом корисної дії двигуна?
4. Чому дорівнює максимальне значення коефіцієнта корисної дії теплового двигуна?

Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотський, Фізика 10 клас

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Додатки рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до цього уроку,

Одним із важливих параметрів роботи будь-якого пристрою, для якого особливе значення має ефективність перетворення енергії, є коефіцієнт корисної дії. За визначенням, корисність обладнання визначається формулою співвідношення корисної енергії до максимальної і виражається у вигляді коефіцієнта η. Це у спрощеному розумінні і є шуканий коефіцієнт, ККД холодильника та нагрівача, який можна знайти у будь-якій технічній інструкції. У цьому потрібно знати деякі технічні моменти.

Коефіцієнт корисної дії пристрою та комплектуючих

Коефіцієнт корисної дії, який цікавить найчастіше читачів, стосуватиметься не всього холодильного пристрою. Найчастіше – встановленого компресора, який забезпечує потрібні параметри охолодження або двигуна. Саме тому, питаючи, який ККД холодильника, рекомендуємо поцікавитися встановленим компресором і кількістю відсотків.

Краще це питання розглянути на прикладі. Наприклад, є холодильник Ariston MB40D2NFE (2003), в якому встановлений фірмовий компресор Danfoss NLE13KK.3 R600a, з потужністю 219W при робочих температурних умовах -23.3°C. У випадку холодильних компресорів може залежати від параметра RC (робочий конденсатор, run capacitor), у нашому випадку дорівнює 1.51 (без RC, -23.3°C) і 1.60 (з RC, -23.3°C). Ці дані можна знайти у технічних параметрах. Вплив конденсатора на роботу пристрою в тому, що він дозволяє швидше досягти робочої швидкості і, таким чином, підвищити його корисну дію.

ККД двигуна вашого холодильного пристрою пов'язаний з потужністю та енергоспоживанням. Очевидно, що менше коефіцієнт, тим більше кількість електрики модель споживає, тим менш воно ефективно. Тобто максимальний коефіцієнт можна опосередковано визначити за класом енергоспоживання – А+++.

Коефіцієнт корисності компресора вище 1 – як і чому?

Часто питання корисного коефіцієнта дії хвилює людей, які трохи пам'ятають шкільний курс фізики, і не можуть зрозуміти чому корисна дія більше 100%. Це питання потребує невеликого екскурсу у фізику. Питання стосується, чи коефіцієнт корисності теплового генератора може бути більше 1?

Це питання серед професіоналів явно було порушено у 2006 році, коли в «Аргументах та фактах» номер 8 було опубліковано, що вихрові теплогенератори здатні давати 172%. Незважаючи на відлуння знань з курсу фізики, де ККД завжди менше 1, такий параметр можливий, але за певних умов. Йдеться саме про властивості циклу Карно.

У 1824 році французьким інженером С. Карно було розглянуто та описано один круговий процес, який згодом відіграв вирішальну роль у розвитку термодинаміки та використанні теплових процесів у техніці. Цикл Карно складається з двох ізотерм та двох адіабат.

Він здійснюється газом у циліндрі з поршнем, а коефіцієнт корисності виражається через параметри нагрівача та холодильника і становить співвідношення. Особливістю є той факт, що тепло може переходити між теплообмінниками і без роботи поршнем, з цієї причини цикл Карно вважається найефективнішим процесом, який можна змоделювати в умовах необхідного теплообміну. Іншими словами корисна дія холодильної установки при реалізованому циклі Карно буде найвищою або точніше сказати максимальною.

Якщо цю частину теорії пам'ятають багато хто зі шкільного курсу, то інше часто втрачається за кадром. Основний сенс у тому, що цей цикл може бути пройдений у будь-якому напрямку. Тепловий двигун зазвичай працює за прямим циклом, а холодильні установки – за зворотним, коли теплота зменшується в холодному резервуарі та передається гарячому за рахунок зовнішнього джерела роботи – компресора.

Ситуація, коли коефіцієнт корисності більше 1 виникає, якщо він обчислюється з іншого коефіцієнта корисності, а саме співвідношенням W(отриманої)/W(витраченої) за однієї умови. Воно полягає в тому, що під витраченою енергією розуміється лише корисна енергія, що використовується реальними витратами. У результаті, в термодинамічних циклах теплових насосів можна визначити витрати енергії, які будуть меншими за обсяг виробленої теплоти. Таким чином, при корисному обладнанні менше 1, ККД теплового насоса може бути більшим.

Термодинамічний коефіцієнт корисної дії завжди менше 1

У холодильних (теплових) машинах за формулою зазвичай розглядається термодинамічний ККД та холодильний коефіцієнт. У холодильних агрегатах цей коефіцієнт має на увазі ефективність циклу отримання корисної роботи при підведенні до робочого пристрою теплоти від зовнішнього джерела (тепловіддавача) та відведення на іншій ділянці ланцюга тепла з метою передачі іншому зовнішньому приймачеві.

У сукупності робоче тіло здійснює два процеси – розширення та стискування, яким відповідає параметр роботи. Найбільш ефективним пристроєм вважається, коли підведена теплота менше відведеної – тим більш вираженою є ефективність циклу.

Ступінь досконалості термодинамічного приладу, що перетворює теплоту на механічну роботу, оцінюється термічним коефіцієнтом у відсотках, який може цікавити в даному випадку. Термічний ККД зазвичай становить і показує, яка кількість тепла нагрівача та холодильника машина перетворює на роботу в конкретних умовах, які вважаються ідеальними. Значення термічного параметра завжди менше 1 і не може бути вищим, як це у випадку з компресорами. При 40° температурі пристрій працюватиме з мінімальною ефективністю.

В підсумку

У сучасних побутових холодильних установках застосовується саме зворотний процес Карно, при цьому температура холодильника можна визначити в залежності від кількості теплоти, переданої від елемента, що нагріває. Параметри камери, що охолоджує, і нагрівачів можуть бути на практиці зовсім різними, а також залежать від зовнішньої роботи двигуна з компресором, які мають свій параметр корисності дії. Відповідно, дані параметри (ККД холодильника у відсотках) за принципово однакового термодинамічного процесу залежатимуть від технології, реалізованої виробником.

Так як за формулою коефіцієнт корисності залежить від температур теплообмінників, то в технічних параметрах вказується, який відсоток корисності можна отримати за певних ідеальних умов. Саме ці дані можна використовувати для порівняння моделей різних марок не тільки по фото, у тому числі працюючих в нормальних умовах або при жарі до 40 °.