ТОМСКИЙ МЕЖВУЗОВЫЙ ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ КАФЕДРА: Государственное и Муниципальное управление (061000) Лабораторная работа №3 «Цикл Карно» по дисциплине КСЕ Выполнила студентка: Группа: Код: Пароль: Проверил: Норильск 2004

Лабораторная работа «Цикл Карно»

Цель работы — познакомиться с принципами работы тепловых машин на примере цикла Карно.

Тепловая машина — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую. Примеры тепловых машин, созданных человеком: огнестрельное оружие, паровой двигатель, двигатель внутреннего сгорания и реактивный двигатель. В качестве «преобразователя» (рабочего тела) используется газ, поскольку газ занимает весь предоставленный ему объем и его давлением можно управлять с помощью изменения температуры в процессе теплообмена.

Преобразование энергии носит циклический характер: на стадии расширения газ получает тепло, на стадии сжатия отдает тепло и возвращается в исходное состояние. Цикл может быть закрытым (состав газа неизменен) или открытым (состав газа после каждого цикла обновляется). Полезная работа (A) равна площади замкнутой фигуры на P–V диаграмме (P — давление, V — объем).

Показателем эффективности цикла Карно является коэффициент полезного действия (КПД), равный отношению полезной работы к потребленной тепловой энергии =A/Q.

В 1824 г. французский физик Сади Карно опубликовал «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развить эту силу», где впервые показано, что полезную работу можно получить лишь в случае, когда тепло переходит от нагретого тела («нагревателя») к более холодному («холодильнику»). Причем КПД ограничен отношением температур «холодильника» (T₂) и «нагревателя» (T₁):   1 – T₂/T₁.

Идеальный цикл Карно включает следующие стадии: (1) изотермическое расширение при температуре «нагревателя» T₁, когда газ получает тепло от «нагревателя» Q₁; (2) адиабатическое расширение, когда газ не обменивается тепловой энергией с окружающей средой; (3) изотермическое сжатие при температуре «холодильника» T₂, когда газ отдает тепло «холодильнику» Q₂; (4) адиабатическое сжатие. Работа за цикл A=Q₁–Q₂.

Задание по выполнению лабораторной работы

Изменяя объем изотермического расширения от 1 л до 9 л (с шагом 1 л), исследуйте зависимости совершаемой за цикл работы и коэффициента полезного действия от объема изотермического расширения. Заполните таблицу (см. образец) и постройте два графика A(V) и (V).

Результаты работы

Постепенно изменяя изотермическое расширение объема (1-9) получим следующие данные.

Полезная работа (A)	9178,6	12230,2	12817,6	11823,9	10273,7	8185,5	5715,9	2965	0
КПД ()	66,2	55,7	46,2	36,7	28,7	21	13,7	6,7	0
Изотермическое расширение (V)	1	2	3	4	5	6	7	8	9

Выберите оптимальные режимы:

(1) для достижения максимальной полезной мощности;

Достигается при V = 1, A = 9178,6 кДж

(2) для максимальной экономии топлива.

Достигается при V = 3, A = 12817,6 кДж

Посчитайте, сколько моль газа составляет рабочее тело машины, если максимальное давление в цилиндре 10 атм., а минимальный объем 1 л.

PV = vRT

моль