Энергетическая ценность солярки и бензина
Дизельное топливо состоит из более тяжелых углеводородов, чем бензин. Меньший КПД бензиновой установки сравнительно с дизелем также заключаются в энергетической составляющей бензина и особенности его сгорания. Полное сгорание равного количества солярки и бензина даст больше тепла именно в первом случае. Тепло в дизельном ДВС более полноценно преобразуется в полезную механическую энергию. Получается, при сжигании одинакового количества топлива за единицу времени именно дизель выполнит больше работы.
Также стоит учитывать особенности впрыска и создание надлежащих условий для полноценного сгорания смеси. В дизель топливо подается отдельно от воздуха, впрыскивается не во впускной коллектор, а напрямую в цилиндр в самом конце такта сжатия. Результатом становится более высокая температура и максимально полноценное сгорание порции рабочей топливно-воздушной смеси.
Наверное, каждый задавался вопросом о КПД (Коэффициенте Полезного Действия) двигателя внутреннего сгорания. Ведь чем выше этот показатель, тем эффективнее работает силовой агрегат. Самым эффективным на данный момент времени считается электрический тип, его КПД может достигать до 90 – 95 %, а вот у моторов внутреннего сгорания, будь то дизель или бензин он мягко сказать, далек от идеала …
ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ
Если честно, то современные варианты моторов намного эффективнее своих собратьев, которые были выпущены лет так 10 назад, и причин этому масса. Сами подумайте раньше вариант 1,6 литра, выдавал всего 60 – 70 л.с. А сейчас это значение может достигать 130 – 150 л.с. Это кропотливая работа над увеличением КПД, в который каждый «шажок» дается методом проб и ошибок. Однако давайте начнем с определения.
КПД двигателя внутреннего сгорания – это значение отношения двух величин, мощности которая подается на коленчатый вал двигателя к мощности получаемой поршнем, за счет давления газов, которые образовались путем воспламенения топлива.
Если сказать простым языком, то это преобразование термической или тепловой энергии, которая появляется при сгорании топливной смеси (воздух и бензин) в механическую. Нужно отметить что такое уже бывало, например у паровых силовых установок — также топливо под воздействием температуры толкало поршни агрегатов. Однако там установки были в разы больше, да и само топливо было твердое (обычно уголь или дрова), что затрудняло его перевозку и эксплуатацию, постоянно нужно было «поддавать» в печь лопатами. Моторы внутреннего сгорания намного компактнее и легче «паровых», да и топливо намного проще хранить и перевозить.
Задача по физике — 4297
ГЛАВНАЯ » РЕШЕБНИК
2017-10-14 Какую минимальную мощность должен потреблять мотор морозильника, работающего по циклу Карно, в камере которого поддерживается температура $t_{1} = — 23^{ \circ} С$, если в нее через стенки поступает количество теплоты, равное $q = 0,1 МДж$ за время $\tau = 1 ч$? Температура радиатора морозильника равна $t_{2} = 57^{ \circ} С$, а КПД мотора равен $\eta_{м} = 0,8$.
Решение:По условию задачи морозильник работает по циклу Карно. В школьном курсе обычно не анализируется работа холодильных тепловых машин. Рассматриваются лишь тепловые двигатели. Однако поскольку цикл Карно является обратимым, соотношения между совершаемой рабочим веществом работой, получаемым от нагревателя и передаваемым холодильнику тепловой машины количествами теплоты не должны изменяться при изменении направления прохождения цикла.
По определению коэффициент полезного действия цикла теплового двигателя равен $\eta = A/Q_{н}$, где $A$ — работа, совершенная рабочим веществом двигателя за цикл, a $Q_{н}$ — количество теплоты, полученное этим веществом от нагревателя за то же время. Согласно второму закону термодинамики (в формулировке Карно), КПД цикла Карно определяется только абсолютными температурами нагревателя $T_{н}$ и холодильника $T_{к}$ и является максимально достижимым. Ои ие зависит от рабочего вещества двигателя и равен $\eta = 1 — T_{х}/T_{н}$. Поэтому максимальная работа, которую может совершить рабочее вещество за цикл, равна $A = (1 — T_{х}/T_{н})Q_{н}$. Вместе с тем, полагая, как обычно, изменение механической энергии рабочего вещества как целого за цикл равным нулю, на основании первого закона термодинамики можно утверждать, что количество теплоты, отданное за цикл этим веществом холодильнику двигателя, должно быть равно $Q_{х} = Q_{н} — A$ . Таким образом, максимальная работа $A$, которую может совершить рабочее вещество за цикл, и количество теплоты $Q_{х}$, отдаваемое рабочим веществом холодильнику двигателя за это же время, должны удовлетворять соотношению: $A = Q_{х}(T_{н}/T_{х} — 1)$. Отметим, что мгновенная мощность, развиваемая рабочим веществом двигателя на различных участках цикла, не только не остается постоянной, но даже изменяет свой знак. Поэтому, говоря о мощности двигателя, речь ведут именно о средней за цикл мощности.
Поскольку длительность цикла тепловых машин обычно существенно меньше одного часа, на основании сказанного можно утверждать, что если в камеру морозильника за время $\tau$ поступает количество теплоты $q$, то минимальная мощность, которую нужно затратить, чтобы рабочее вещество морозильника поддерживало в камере неизменную температуру, должна быть $N = q(t_{2} — t_{1})/$. В общем случае это равенство не является точным, прежде всего потому, что время $\tau$ может быть и не кратно длительности цикла работы морозильника. Поэтому здесь и использовано приближенное соотношение для пересчета температуры, заданной по шкале Цельсия, в абсолютную температуру Кельвина. Отметим также, что исходные данные заданы двумя значащими цифрами, и поэтому даже если бы было известно, что за время t совершается целое число циклов, использовать точное соотношение для пересчета температур нецелесообразно.
Наконец, поскольку КПД мотора по определению равен отношению развиваемой им мощности к потребляемой от источника, искомая минимальная мощность должна быть равна:
$N_{м} = \frac{(t_{2} — t_{1})q}{(t_{1} + 273) \tau \eta_{м}} \approx 11 Вт$.
Задачи на КПД тепловых двигателей с решениями
Формулы, используемые на уроках «Задачи на КПД тепловых двигателей».
Относится ли ружьё к тепловым двигателям? Да, так как при выстреле внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 1. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 110,4 МДж потребовалось 8 кг бензина.
Задача № 2. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 220,8 МДж потребовалось 16 кг бензина.
Задача № 3. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 27,6 МДж потребовалось 2 кг бензина.
Задача № 4. На теплоходе установлен дизельный двигатель мощностью 80 кВт с КПД 30%. На сколько километров пути ему хватит 1 т дизельного топлива при скорости движения 20 км/ч? Удельная теплота сгорания дизельного топлива 43 МДж/кг.
Задача № 5. Патрон травматического пистолета «Оса» 18×45 мм, содержит резиновую пулю массой 8,4 г. Определите КПД патрона, если пуля при выстреле приобрела скорость 140 м/с. Масса порохового заряда патрона составляет 0,18 г, удельная теплота сгорания пороха 3,8 • 106 Дж/кг.
Задача № 6. Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 1 ч он расходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • 106 Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.
Задача № 7. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 2,3 • 104 кДж, и при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя.
Задача № 8. За 3 ч пробега автомобиль, КПД которого равен 25%, израсходовал 24 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля при этом пробеге?
Задача № 9. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за 1 ч работы израсходовал 14 кг бензина. Определите КПД двигателя.
Задача № 10. ОГЭ Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, 80 % теплоты, полученной от нагревания, передаёт охладителю. Количество теплоты, получаемое рабочим телом за один цикл от нагревателя, Q1 = 6,3 Дж. Найти КПД цикла ɳ и работу А, совершаемую за один цикл.
Задача № 11. ЕГЭ Тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 2,94 кДж и отдаёт за один цикл охладителю количество теплоты Q2 = 13,4 кДж. Найти КПД цикла ɳ.
Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на КПД тепловых двигателей». Выберите дальнейшие действия:
- Перейти к теме: ЗАДАЧИ на Закон Ома.
- Посмотреть конспект «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания».
- Вернуться к списку конспектов по Физике.
- Проверить свои знания по Физике.
