Содержание



Лабораторная работа "Цикл Карно"        2

Контрольные вопросы        4

Список литературы        9



Лабораторная работа "Цикл Карно"

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

     Изменяя объем изотермического расширения от 1 л до 9 л (с шагом 1 л), исследуем зависимости совершаемой за цикл работы и коэффициента полезного действия от объема изотермического расширения. Запишем полученные данные в таблицу  и построим два графика A(?V) и ?(?V).

     Таблица 1

Полезная работа (А), Дж.

9178,6

12230,2

12819,6

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),Л.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

     Рис.1. Зависимость A(?V).

     Рис.2. Зависимость ?(?V).

     Выбираем оптимальные режимы:

1) для достижения максимальной полезной мощности.

     Максимальная полезная мощность будет достигаться при ?V=3 л. т.к. в этом случае полезная работа принимает максимальное значение (12819,6).

2) для максимальной экономии топлива.

     Максимальная экономия топлива будет осуществляться при ?V=1 л.  т.к.  КПД  в этом случае имеет максимальное значение (66,2%).

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

     PV=nRT


Контрольные вопросы

1. Что такое идеальный газ? Приведите примеры идеальных газов.

     Идеальный газ - теоретическая модель газа, в которой не учитываются размеры молекул (они считаются материальными точками) и их взаимодействие между собой (за исключением случаев непосредственного столкновения).

     Пример идеального газа: достаточно разреженные реальные газы.

2. Что общего между различными процессами преобразования теплой энергии в механическую? Приведите примеры.

     При преобразовании тепловой энергии в механическую различными процессами происходит изменение внутренней энергии. Например,  при изотермическом процессе количество теплоты,  сообщенное системе идет на изменение внутренней энергии и совершение работы.

3. Опишите стадии цикла Карно по диаграмме. Чем определяется совершенная работа и КПД?

     Идеальный цикл Карно  состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов.

     Изотермический процесс. Пусть газ, находящийся над поршнем в цилиндре, находится в равновесии с окружающей средой. Будем медленно выдвигать поршень из цилиндра, не нарушая равновесия в каждый данный момент и сохраняя постоянной температуру газа. Этот процесс соответствует закону Бойля-Мариотта pV=const. (на рисунке - переход из точки 1 в точку 2). Заметим, что если опять, медленно возвращая поршень в исходной положение, сжимать газ, система из точки 2 вернется в точку 1, так как изотермический процесс обратим.

     Адиабатический процесс. Как известно, это процесс без теплообмена с окружающей средой, т.е. процесс в некотором идеально теплоизолированном сосуде. Этот процесс тоже очень медленный, так что температура во время сжатия или расширения выравнивается во всех точках, но меняется в зависимости от объема.


Рис.3(а,б)

     Уравнение адиабатического процесса pV ? = const, где ? = Сp/Сv.

     Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов, которые образуют на графике в координатах pV криволинейный четырехугольник (см. рис. 3а). Адиабаты круче изотерм - они образуют боковые линии. Схемы соответствующих процессов приведены на рис. 3(б).1

     Процесс (1)-(2): от нагретого тела с температурой Т1 тепло подводится (при постоянной температуре) к газу, который расширяется при постоянной температуре.                       

     Процесс (2)-(3): газ расширяется в условиях полной теплоизоляции сосуда от окружающей среды.                                                                                                                 

     Процесс (3)-(4): тепло отнимается при изотермическом процессе и отдается холодному телу с температурой Т2.                                                                                                         

     Процесс (4)-(1), замыкающий цикл соответствует адиабатическому сжатию.