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.