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»

Выполнил:

Студент

.

200 г.

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 измерения 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 P-V диаграмме (Р - давление, V-объем).

Показателем эффективности цикл Карно является коэффициент полезного действия (КПД), равный отношению полезной работы к потребленной тепловой энергии η=А/Q.

В 1824 г. французский физик Сади Карно опубликовал «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать 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): η≤1-Т₂/Т₁.

Идеальный цикл Карно включает следующие стадии: (1) изотермическое расширение при температуре «нагревателя» Т₁, когда газ получает тепло от «нагревателя» Q; (2) адиабатическое расширение, когда газ не обменивается тепловой энергией с окружающей средой; (3) изотермическое сжатие при температуре «холодильника» Т₂, когда газ отдает тепло «холодильнику» Q; (4) адиабатическое сжатие. Работа за цикл А=Q₁-Q₂.

Задание по выполнению лабораторной работы

Измеряя 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 А(ΔV) и η(ΔV).

Полезная работа (А)
КПД (η)
Изотермическое Расширение (ΔV)

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

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