· Ілля Добрий · ГДЗ · 2 хв. читати

Принцип дії теплових двигунів. ККД теплового двигуна - Бар'яхтар

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке тепловий двигун?

Тепловий двигун — це пристрій, який працює циклічно і перетворює енергію спаленого палива на механічний рух.

2. Назвіть основні частини теплового двигуна.

Будь-яка теплова машина має три обов’язкові компоненти: нагрівник, робоче тіло та холодильник.

3. У чому полягає принцип дії теплового двигуна?

Робоче тіло забирає тепло у нагрівника, використовує його частину для виконання роботи, а залишок віддає холодильнику.

4. Назвіть основні види втрат енергії в теплових двигунах.

Енергія втрачається через неповне згоряння палива, розсіювання тепла в повітря та тертя деталей між собою всередині механізму.

5. Дайте означення ККД теплового двигуна.

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна — це фізична величина, що характеризує економічність двигуна і показує, яка частина енергії, «запасеної» в паливі, витрачається на виконання корисної роботи.

6. Чому ККД теплового двигуна завжди менший від 100%?

Це неможливо через обов’язкову передачу частини тепла навколишньому середовищу та неминучі втрати на нагрівання деталей і тертя.

ВПРАВА № 24

1. Під час повного згоряння палива в тепловому двигуні виділилося 500 кДж теплоти. У результаті двигун виконав корисну роботу, яка дорівнює 125 кДж. Визначте ККД двигуна.

Дано:

  • Qповна=500 кДжQ_{повна} = 500 \text{ кДж}
  • Aкор=125 кДжA_{кор} = 125 \text{ кДж}

Знайти:

η−?\eta - ?

Розв’язання:

ККД обчислюємо як відношення корисної роботи до всієї виділеної енергії:

η=AкорQповна⋅100%\eta = \dfrac{A_{кор}}{Q_{повна}} \cdot 100 \%

η=125 кДж500 кДж⋅100%=0,25⋅100%=25%\eta = \dfrac{125 \text{ кДж}}{500 \text{ кДж}} \cdot 100 \% = 0,25 \cdot 100 \% = 25 \%

Відповідь: ККД двигуна дорівнює 25%.

2. Під час роботи теплового двигуна використано 0,5 кг дизельного палива. При цьому двигун виконав корисну роботу, яка дорівнює 7 МДж. Обчисліть ККД двигуна.

Дано:

m=0,5 кгm = 0,5 \text{ кг}
Aкор=7 МДж=7⋅106 ДжA_{кор} = 7 \text{ МДж} = 7 \cdot 10^6 \text{ Дж}
q=42⋅106 Дж/кгq = 42 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг}

Знайти:

η−?\eta - ?

Розв’язання:

Спершу знайдемо всю теплоту від згоряння дизеля:

Qповна=q⋅mQ_{повна} = q \cdot m
Qповна=42⋅106 Дж/кг⋅0,5 кг=21⋅106 Дж=21 МДжQ_{повна} = 42 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг} \cdot 0,5 \text{ кг} = 21 \cdot 10^6 \text{ Дж} = 21 \text{ МДж}

Рахуємо ККД:

η=AкорQповна⋅100%\eta = \dfrac{A_{кор}}{Q_{повна}} \cdot 100 \%
η=7 МДж21 МДж⋅100%≈33,3%\eta = \dfrac{7 \text{ МДж}}{21 \text{ МДж}} \cdot 100 \% \approx 33,3 \%

Відповідь: ККД дорівнює приблизно 33,3%.

3. ККД теплового двигуна становить 20%. Яку корисну роботу виконає цей двигун, якщо в ньому згорить 10 л бензину?

Дано:

η=20%=0,2\eta = 20 \% = 0,2
V=10 л=0,01 м3V = 10 \text{ л} = 0,01 \text{ м}^3
ρ=710 кг/м3\rho = 710 \text{ кг/м}^3
q=46⋅106 Дж/кгq = 46 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг}

Знайти:

Aкор−?A_{кор} - ?

Розв’язання:

Визначимо масу палива:

m=ρ⋅Vm = \rho \cdot V
m=710 кг/м3⋅0,01 м3=7,1 кгm = 710 \text{ кг/м}^3 \cdot 0,01 \text{ м}^3 = 7,1 \text{ кг}

Знайдемо загальну теплоту:

Qповна=q⋅mQ_{повна} = q \cdot m

Qповна=46⋅106 Дж/кг⋅7,1 кг=326,6⋅106 ДжQ_{повна} = 46 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг} \cdot 7,1 \text{ кг} = 326,6 \cdot 10^6 \text{ Дж}

Обчислимо корисну роботу:

Aкор=η⋅QповнаA_{кор} = \eta \cdot Q_{повна}

Aкор=0,2⋅326,6⋅106 Дж=65,32⋅106 Дж=65,32 МДжA_{кор} = 0,2 \cdot 326,6 \cdot 10^6 \text{ Дж} = 65,32 \cdot 10^6 \text{ Дж} = 65,32 \text{ МДж}

Відповідь: корисна робота складає 65,32 МДж.

4. Яку середню потужність розвиває двигун мотоцикла, якщо за швидкості руху 90 км/год витрата бензину становить 4 кг на 100 км шляху? ККД двигуна дорівнює 25%.

Дано:

v=90 км/год=25 м/сv = 90 \text{ км/год} = 25 \text{ м/с}
m=4 кгm = 4 \text{ кг}
s=100 км=105 мs = 100 \text{ км} = 10^5 \text{ м}
η=25%=0,25\eta = 25 \% = 0,25
q=46⋅106 Дж/кгq = 46 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг}

Знайти:

P−?P - ?

Розв’язання:

Повна енергія палива:

Qповна=q⋅mQ_{повна} = q \cdot m

Qповна=46⋅106 Дж/кг⋅4 кг=184⋅106 ДжQ_{повна} = 46 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг} \cdot 4 \text{ кг} = 184 \cdot 10^6 \text{ Дж}

Корисна робота:

Aкор=η⋅QповнаA_{кор} = \eta \cdot Q_{повна}

Aкор=0,25⋅184⋅106 Дж=46⋅106 ДжA_{кор} = 0,25 \cdot 184 \cdot 10^6 \text{ Дж} = 46 \cdot 10^6 \text{ Дж}

Час поїздки:

t=svt = \dfrac{s}{v}

t=100000 м25 м/с=4000 сt = \dfrac{100000 \text{ м}}{25 \text{ м/с}} = 4000 \text{ с}

Потужність:

P=AкорtP = \dfrac{A_{кор}}{t}

P=46⋅106 Дж4000 с=11500 Вт=11,5 кВтP = \dfrac{46 \cdot 10^6 \text{ Дж}}{4000 \text{ с}} = 11500 \text{ Вт} = 11,5 \text{ кВт}

Відповідь: потужність мотоцикла 11,5 кВт.

5. Дізнайтеся про перші теплові машини, створені людиною.

  • Еоліпіл (І століття н.е.): “куля Еола” Герона Александрійського крутилася завдяки парі, але була лише науковою забавкою.
  • Машина Томаса Севері (1698 р.): перший практичний насос для шахт, який працював на парі, але часто вибухав через тиск.
  • Машина Томаса Ньюкомена (1712 р.): поршневий двигун, що використовував вакуум і атмосферний тиск для безпечного відкачування води.
  • Універсальна машина Джеймса Ватта (1769-1784 рр.): перший повноцінний двигун, де пара рухала поршень в обох напрямках, що дозволило запускати заводи та транспорт.
Поширити:

Оцініть матеріал

Натисніть на зірку для оцінки:

Коментарі

Залишити відповідь:

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься

Назад