Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1_Лабораторные_Цикл Карно / 1-Лабораторная_Концепция современного естествознания_5.doc
Скачиваний:
12
Добавлен:
23.06.2014
Размер:
113.66 Кб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (тусур)

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

Отчет По лабораторной работе "Цикл Карно" по дисциплине "Концепции современного естествознания"

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. 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 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 (А) 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

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" (Т2) и "нагревателя" (Т1):

Идеальный цикл Карно включает следующие стадии: (1) изотермическое расширение при температуре "нагревателя" Т1, 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" Т2, когда газ отдает тепло "холодильнику" Q2; адиабатическое сжатие. Работа за цикл

Задание по выполнению лабораторной работы

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

Полезная работа (А)

9178,6 Дж

12230,2 Дж

12819,6 Дж

11823,9 Дж

10273,7 Дж

8185,5 Дж

5715,9 Дж

2965 Дж

КПД (η)

66,2 %

55,7 %

46,2 %

36,7 %

28,7 %

21,0 %

13,7 %

6,7 %

Изотермическое расширение (∆V)

1

2

3

4

5

6

7

8

Выберите оптимальные режимы: (1) для достижения максимальной полезной мощности; (2) для максимальной экономии топлива.

  1. – Мощность находится в прямой зависимости от работы поэтому максимальная полезная мощность достигается при изотермическом расширении в 3 л., К.П.Д. – 46,2%

  2. - Максимальная экономия топлива достигается при высоком К.П.Д., полезная работа при этом равна 9178,6, изотермическое расширение – 1 л.

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

Решение:

Из уравнения состояния идеального газа