Томский межвузовский центр дистанционного образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники ( тусур) Отчет
По лабораторной работе «Цикл Карно»
По дисциплине «Концепции современного естествознания»
Выполнил
студент гр. з-826-а
специальности 060400
Иванова Ирина Викторовна
09 февраля 2008 г.
г. Новосибирск 2008
Цель работы: познакомиться с принципами работы тепловых машин на примере цикла Карно.
Задание по выполнению лабораторной работы.
Изменив объём изотермического расширения от 1 л. До 9 л. (с шагом 1 л.),исследуйте зависимости совершаемой за цикл работы и коэффициента полезного действия от объёма изотермического расширения. Заполните таблицу и постройте два графика
A (^V) и n (^ V)
Выберите оптимальные режимы: (1) для достижения максимальной мощности; (2) для максимальной экономии топлива.
Посчитайте, сколько моль газа составляет рабочее тело машины, если максимальное давление в цилиндре 10 атм., а минимальный объём 1 л.
При изотермическом процессе ( Т const) объём энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит в форме теплопередачи и в форме работы. Всё подведённое к идеальному газу тепло затрачивается на совершение работы.
Если газ получит теплоту (Q> 0), то он совершает положительную работу (А>0).Если газ отдаёт тепло (Q<0 ),то А< 0 . Работа внешних сил над газом в этом случае положительная (А> 0) ^V= 3m/ 2mR(T2 –T1) = 0
КПД(n) =A/Q1* 100 %
Изотермическое расширение требует работы А2. Где А = Р (V2 -V1)
Для вычисления коэффициента полезного действия нужно вычислить работы при изотермических процессах. Q=AА = ^V+A1
Расчёты приводят к следующим результатам:
|
Полезна работа (А) |
9178,6 |
12230,2 |
12819,6 |
11823,9 |
10273,7 |
8185,5 |
5715,9 |
2965,0 |
0 |
|
КПД (n) |
66,2 % |
55,7 % |
46,2 % |
36,7 % |
28,7 % |
21,0 % |
13,7 % |
6,7 % |
10% |
|
Изотермическое расширение (^ V) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5,1 |
6,1 |
7,1 |
8,1 |
10,1 |
|
Нагреватель
Н |
ХОЛОДИЛЬНИК
ХОЛОДИЛЬНИК
ХХОЛОДИЛЬНИК
КПД при изотермическом расширении падает до нуля.
Выберите оптимальные режимы:
При изотермическом процессе Q=A1При расширении выполняется положительная работа, и газ получает тепло от нагревателя., при работе 12819,6 максимально экономится тепло, а также достигается максимально полезная мощность.
Переведём объём в кубические метры, 9 л = 0,009 куб.м 1 л -0,001 куб. м.
10 атм = 980665 па
Молярный объём идеального газа одинаков, и составляет
Vm=22,4*10-3 M куб. м / моль
Для идеального газа = 224 моль, в нашем задании это 220 моль.
Выводы:
Показателем эффективности цикла Карно является коэффициент полезного действия (КПД),равный отношению полезной работы к потребляемой тепловой энергии КПД = А/Q
В нашем случае КПД при расширении уменьшается.. Полезную работу можно получить лишь в случае, когда тепло переходит от нагретого тела (нагревателя) к более холодному (холодильнику) .Причем КПД ограничен отношением температур «холодильника» Т2и «нагревателя» Т1
Работа за цикл определяется разницей значений тепловой энергии при расширении
А= Q1–Q2. Полезная работа (А) равна площади замкнутой фигуры наP–Vдиаграмме (P- давление,V-объём) (см. ниже рис. 1)
На диаграмме при выполнении лабораторной работы можно было проследить, как тепло при каждом расширении передаётся «холодильнику».
Преобразование энергии носит циклический характер. Идеальный цикл Карно включает четыре стадии:
1.изотермическое расширение, когда газ получает тепло от нагревателя;
2. адиабатическое расширение, когда газ не обменивается теплом;
3.изотермическое сжатие, когда газ отдаёт тепло холодильнику;
4.адиабатическое сжатие.
Что такое идеальный газ? Приведите примеры идеальных газов.
ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ, теоретическая модель газа; в которой пренебрегают размерами частиц газа, не учитывают силы взаимодействия между частицами газа, предполагая, что средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия, и считают, что столкновения частиц газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
Существуют модель классического идеального газа, свойства которого описываются законами классической физики, и модель квантового идеального газа, подчиняющегося законам квантовой механики. Обе модели идеального газа справедливы для реальных классических и квантовых газов при достаточно высоких температурах и разряжениях.
В модели классического идеального газа газ рассматривают как совокупность огромного числа одинаковых частиц (молекул), размеры которых пренебрежимо малы.