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»

Братск 2008 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 (А) равна площади замкнутой фигуры на Р-V диаграмме (Р - давление, V – объем).

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

Идеальный цикл Карно включает следующие стадии: (1) изотемическое 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;

(4) адиабатическое сжатие. Работа за цикл А= Q₁- Q_2.

Задание по выполнению лабораторной работы

1. Изменяя объем изотерического расширения от 1л до 9л (с шагом 1л), исследовать зависимости совершаемой за цикл работы и коэффициента полезного действия от объема изотерического расширения. Заполнить таблицу и построить два графика А(ΔV) и η(ΔV).

2. Выбрать оптимальные режимы:

1. Для достижения максимально полезной мощности;

2. Для максимальной экономии энергии.

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

Ход работы

1. Таблица изменение объема изотерического расширения

Полез. работа (А)	9178,6	12230,2	12819,6	11823,9	10273,7	8185,5	5715,9	2965	0
КПД (η)	66,2	55,7	46,2	36,7	28,7	21	13,7	6,7	0
Изотермич. расширение (ΔV)	1	2	3	4	5	6	7	8	9

График зависимости А(ΔV)

График зависимости η(ΔV)

2. Оптимальный режим:

для достижения максимальной полезной мощности:

V=1, А=9178,6кДж;

Для максимальной экономии топлива:

V=3, А=12817,6кДж.

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

P=10атм

V=1л

R=8.314 (постоянная величина)

РV = nRT => n = PV/RT

n = 10*1/8,314=1,203 моль