เครื่องทำความร้อน: มันคืออะไร แผนที่ความคิด และอื่นๆ

protection click fraud

เครื่องจักรความร้อน เป็นอุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็น งานเครื่องกล. เครื่องทำความร้อนทุกเครื่องต้องการแหล่งที่มาของ ความร้อน และของสารทำงานที่สามารถปรับเปลี่ยนปริมาตรได้และทำให้กลไกบางอย่างเคลื่อนที่ได้ เช่น วาล์วหรือลูกสูบ

คุณ เครื่องยนต์สันดาปภายในก็เหมือนพวกที่ขับรถยนต์ทุกวันนี้คือ ตัวอย่างเครื่องทำความร้อน. พวกเขาดูดซับความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงและอากาศซึ่งถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบเป็นระยะ

ด้วยวิธีนี้ พลังงานส่วนหนึ่งที่ปล่อยออกมาระหว่างการระเบิดจะถูกแปลงเป็นงานผ่าน การเคลื่อนที่ของลูกสูบ - หนึ่งในชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องยนต์ ใช้ในการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงาน จลนศาสตร์

เครื่องยนต์สันดาปภายใน เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนรถยนต์ เป็นตัวอย่างของเครื่องยนต์ระบายความร้อน
เครื่องยนต์สันดาปภายใน เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนรถยนต์ เป็นตัวอย่างของเครื่องยนต์ระบายความร้อน

เครื่องระบายความร้อนทำงานอย่างไร

เครื่องทำความร้อนทั้งหมดทำงานตาม a วงจรอุณหพลศาสตร์, นั่นคือลำดับของสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ที่ทำซ้ำตัวเอง วัฏจักรเหล่านี้มีสถานะต่าง ๆ ของปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิ ซึ่งมักจะแสดงด้วยกราฟของความดันเทียบกับปริมาตร วัฏจักรอุณหพลศาสตร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อค้นหาประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่มากขึ้น กล่าวคือ การผลิตเครื่องยนต์ที่สามารถดึงงานจำนวนมากออกมาได้นั้นเป็นที่ต้องการเสมอ

instagram story viewer

พื้นที่กราฟของเครื่องทำความร้อนระบุปริมาณงานที่ทำในระหว่างรอบ
พื้นที่กราฟของเครื่องทำความร้อนระบุปริมาณงานที่ทำในระหว่างรอบ

ในวัฏจักรอุณหพลศาสตร์ใด ๆ ก็เป็นไปได้ คำนวณงานแบบกราฟิก. ดังนั้นจึงจำเป็นต้องคำนวณพื้นที่ภายในของกราฟ ซึ่งสามารถทำได้ยากหากวงจรที่เป็นปัญหามีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ ทิศทางของลูกศรตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา ระบุว่าวัฏจักรที่เป็นปัญหาคือวงจรของเครื่องทำความร้อนหรือตู้เย็น เช็คเอาท์:

  • รอบตามเข็มนาฬิกา: หากทิศทางของวัฏจักรเป็นตามเข็มนาฬิกา วัฏจักรจะเป็นของเครื่องยนต์ความร้อน ซึ่งดูดซับความร้อนและทำให้เกิดงาน

  • รอบทวนเข็มนาฬิกา: ในกรณีที่ทิศทางของวัฏจักรทวนเข็มนาฬิกา จะต้องได้รับงานทางกลและปล่อยความร้อน เช่นในกรณีของมอเตอร์ตู้เย็น

เครื่องระบายความร้อนทุกเครื่องมีการกำหนดค่าที่คล้ายกัน: มี it แหล่งที่มาในความร้อน (แหล่งร้อน) ซึ่งมันดึงพลังงานที่จำเป็นสำหรับการทำงานและ a จม (แหล่งกำเนิดความเย็น) โดยที่ส่วนหนึ่งของความร้อนที่ดูดซับจะกระจายไป สังเกตไดอะแกรมต่อไปนี้:

เครื่องระบายความร้อนดูดซับความร้อนและปล่อยงาน ตรงกันข้ามกับสิ่งที่ตู้เย็นทำ
เครื่องระบายความร้อนดูดซับความร้อนและปล่อยงาน ตรงกันข้ามกับสิ่งที่ตู้เย็นทำ

ให้เป็นไปตาม กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์, เครื่องระบายความร้อนจำเป็นต้องได้รับความร้อนจำนวนหนึ่งจึงจะสามารถทำงานได้ อย่างไรก็ตาม ความร้อนจำนวนเล็กน้อยนั้น ซึ่งเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ก็สามารถ ดัดแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์.

เหตุผลสำหรับข้อจำกัดนี้มีอยู่สองประการ: ข้อแรกเกี่ยวข้องกับความสามารถทางเทคนิคในการผลิตเครื่องจักรที่ไม่กระจาย พลังงาน – ซึ่งเป็นไปไม่ได้ – และข้อที่สองคือข้อจำกัดของธรรมชาติ: โดยกฎข้อที่ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์ ไม่มีเครื่องความร้อนใดสามารถทำได้ นำเสนอ ผลผลิต 100%. ลองดูว่ากฎข้อที่ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์เรียกว่า กฎหมายเอนโทรปีตามคำกล่าวของเคลวิน:

"เป็นไปไม่ได้ที่ระบบใดที่อุณหภูมิหนึ่งจะดูดซับความร้อนจากแหล่งกำเนิดและเปลี่ยนรูปได้ อย่างเต็มที่ในงานเครื่องจักรกลโดยไม่ต้องดัดแปลงระบบนี้หรือ ย่านใกล้เคียง”

คำกล่าวของเคลวินเกี่ยวข้องกับ การแปลงอินทิกรัล ของความร้อนในงานเครื่องกล โดยระบุว่านี่คือ เป็นไปไม่ได้ โดยไม่มี “การเปลี่ยนแปลง” ที่เกิดขึ้นในระบบ การเปลี่ยนแปลงนี้อ้างถึงผลกระทบของเอนโทรปี: เมื่อนำความร้อนออกจากแหล่งที่ร้อน พลังงานบางส่วนจะถูกย่อยสลายเป็นพลังงานที่มีประโยชน์น้อยกว่า มีกระบวนการย่อยสลายพลังงานหลายอย่าง: การสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนทางกล การเสียดสีระหว่างชิ้นส่วนและตลับลูกปืน ความร้อนที่กระจายไปยังสภาพแวดล้อมภายนอก การผลิตเสียงที่ได้ยิน เป็นต้น

ดูด้วย: เรียนรู้เกี่ยวกับประวัติของเครื่องจักรความร้อน

Mind Map: เครื่องระบายความร้อน

*ในการดาวน์โหลดแผนที่ความคิดในรูปแบบ PDF คลิกที่นี่!

ประสิทธิภาพของเครื่องระบายความร้อน

ประสิทธิภาพของเครื่องระบายความร้อนใด ๆ สามารถคำนวณได้จากอัตราส่วนของงานทางกลที่ผลิตกับปริมาณความร้อนที่ดูดซับจากแหล่งความร้อนบางส่วน:

η - ประสิทธิภาพ

τ – งานเครื่องกล (J – จูล หรือ มะนาว – แคลอรี)

คิวคิวความร้อนจากแหล่งความร้อน (J - จูลหรือมะนาว - แคลอรี่)

ในทางกลับกัน งานเครื่องกลถูกกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างปริมาณความร้อน "ร้อน" และ "เย็น" ดังนั้นเราจึงสามารถเขียนประสิทธิภาพของเครื่องระบายความร้อนผ่านสิ่งเหล่านี้ได้ ปริมาณ:

คิวF – ความร้อนที่ส่งไปยังแหล่งความเย็น

นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสกำลังค้นหาว่าลักษณะของวัฏจักรอุณหพลศาสตร์ที่ “สมบูรณ์แบบ” คืออะไร? sadiคาร์นอต พัฒนาวัฏจักรที่อย่างน้อยในทางทฤษฎีนำเสนอ ใหญ่กว่าประสิทธิภาพเป็นไปได้ สำหรับเครื่องระบายความร้อนที่ทำงานที่อุณหภูมิเท่ากัน

วัฏจักรนี้เรียกว่า วงจรการ์โนต์,นิยมเรียกกันว่า เครื่องคาร์โนต์ไม่ใช่เครื่องจักรจริง เนื่องจากจนถึงปัจจุบัน ความเป็นไปไม่ได้ทางเทคนิคและในทางปฏิบัติทำให้ไม่สามารถสร้างเครื่องจักรดังกล่าวได้

ดูด้วย:ความร้อนแฝงคืออะไร?

ทฤษฎีบทของการ์โนต์

โอ ทฤษฎีบทในคาร์นอตประกาศในปี พ.ศ. 2367 กำหนดว่าแม้แต่เครื่องระบายความร้อนในอุดมคติซึ่งไม่กระจายพลังงานจำนวนหนึ่งเนื่องจากการเสียดสีระหว่าง ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้มีขีดจำกัดผลผลิตสูงสุด ซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างอุณหภูมิของแหล่งความร้อนและความเย็นที่กำหนดใน เคลวิน:

ตู่คิว – อุณหภูมิแหล่งความร้อน (K)

ตู่F – อุณหภูมิแหล่งเย็น (K)

จากการวิเคราะห์สูตรข้างต้น จะเห็นได้ว่าเครื่องระบายความร้อนในอุดมคตินั้นมีประสิทธิภาพการทำงานที่กำหนดโดยอุณหภูมิของแหล่งกำเนิดความร้อนและความเย็นเท่านั้น นอกจากนี้เพื่อให้ผลผลิตเป็น 100% จำเป็นสำหรับTF เป็นศูนย์ นั่นคือ 0 K อุณหภูมิของศูนย์สัมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ตามที่ กฎข้อที่ 3 ของอุณหพลศาสตร์อุณหภูมิดังกล่าวไม่สามารถบรรลุได้

สูตรประสิทธิภาพที่แสดงด้านบนนี้ใช้ได้กับเครื่องระบายความร้อนที่ทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์เท่านั้น นอกจากนี้ ทฤษฎีบทยังแสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนของอุณหภูมิ TF และ Tคิว เท่ากับอัตราส่วนระหว่างปริมาณความร้อนQF และ Qคิว:

ดูด้วย:เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเครื่องระบายความร้อน

วงจรการ์โนต์

โอ วงจรการ์โนต์ มันเกิดขึ้นในสี่ขั้นตอน (หรือสี่จังหวะ) วัฏจักรนี้เกิดขึ้นจากสอง การแปลงแบบอะเดียแบติก มันสอง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิความร้อน. การแปลงแบบอะเดียแบติกคือสิ่งที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน ในขณะที่การแปลงแบบไอโซเทอร์มอลคือสิ่งที่ไม่มี ความผันแปรของอุณหภูมิและส่งผลให้พลังงานภายในของสารทำงานที่รับผิดชอบในการเคลื่อนย้ายเครื่องยนต์ความร้อนยังคงอยู่ คงที่

รูปต่อไปนี้แสดงถึงวัฏจักรการ์โนต์และสี่ขั้นตอนของมัน เช็คเอาท์:

I - การขยายตัวของไอโซเทอร์มอล: ในขั้นตอนนี้ สารทำงานจะขยายตัวพร้อมกับรักษาอุณหภูมิให้คงที่ ทำงาน และรับความร้อนจากแหล่งความร้อน

II - การขยายตัวของอะเดียแบติก: ในขั้นตอนนี้ สารทำงานจะขยายตัวเล็กน้อยและทำงานโดยไม่ได้รับความร้อน

III - การหดตัวแบบไอโซเทอร์มอล: ในขั้นตอนนี้ ปริมาตรของก๊าซจะลดลง ความดันเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิยังคงที่ นอกจากนี้ ก๊าซจะสูญเสียความร้อนไปยังแหล่งกำเนิดความเย็น ในขั้นตอนนี้ งานจะดำเนินการกับแก๊ส

IV - การหดตัวของอะเดียแบติก: ก๊าซมีความดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและปริมาตรลดลงเล็กน้อย แต่จะไม่แลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างกระบวนการ

อ็อตโต ไซเคิล

วัฏจักรอ็อตโตเป็นลำดับของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่เกิดขึ้นจากสารทำงานบางอย่าง เช่น น้ำมันเบนซินหรือเอทานอล วงจรนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งให้กำลังแก่รถยนต์นั่งส่วนใหญ่ แม้ว่าจะไม่มีอยู่จริงในทางปฏิบัติ แต่วัฏจักรอ็อตโตได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ใกล้เคียงกับวัฏจักรการ์โนต์ รูปด้านล่างแสดงขั้นตอนของวงจรอ็อตโต

Otto cycle เป็นวัฏจักรของเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน
Otto cycle เป็นวัฏจักรของเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน

ผม - กระบวนการ 0-1: การรับสมัครแบบไอโซบาริก: ในขั้นตอนนี้ เครื่องยนต์จะรับส่วนผสมของอากาศและน้ำมันเบนซินที่แรงดันคงที่

ครั้งที่สอง - กระบวนการ 1-2: การบีบอัดอะเดียแบติก – ในกระบวนการนี้ มีความดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่กระทำโดยลูกสูบของเครื่องยนต์ ดังนั้นจึงไม่มีเวลาสำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้น

III - กระบวนการ 2-3-4: การเผาไหม้ที่ปริมาตรคงที่ (2-3) และการขยายตัวแบบอะเดียแบติก (3-4) - ประกายไฟเล็กๆ ทำให้เกิดการระเบิดที่ควบคุมได้ในส่วนผสมของอากาศและน้ำมันเบนซิน จากนั้นจึงทำให้ลูกสูบของ เครื่องยนต์ลงอย่างรวดเร็วทำให้ปริมาณเพิ่มขึ้นและผลิต andจำนวนมาก งาน;

IV - กระบวนการ 4-1-0: ความอ่อนล้าของไอโซบาริก – วาล์วไอเสียเปิดออกและปล่อยให้ควันจากเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ออกจากเครื่องยนต์ด้วยแรงดันคงที่

ขั้นตอนที่อธิบายข้างต้นแสดงในรูปต่อไปนี้ ซึ่งแสดงถึงขั้นตอนการทำงานของa เครื่องยนต์สี่จังหวะขับเคลื่อนด้วยน้ำมันเบนซินหรือแอลกอฮอล์ การเคลื่อนที่ของลูกสูบในแต่ละตำแหน่งที่แสดงนั้นเทียบเท่ากับกระบวนการที่อธิบายไว้:

ตัวอย่างเครื่องทำความร้อน

ตัวอย่างของเครื่องจักรความร้อนคือ:

  • เครื่องยนต์สันดาปภายใน เช่น เครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยแอลกอฮอล์ น้ำมันเบนซิน และดีเซล

  • เครื่องยนต์ไอน้ำ;

  • โรงไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก

เครื่องทำความร้อนและการปฏิวัติอุตสาหกรรม

เครื่องระบายความร้อนมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีของสังคม หลังจากสมบูรณ์แบบโดย เจมส์วัตต์, เครื่องทำความร้อนแบบใช้ไอน้ำช่วยให้เกิดการปฏิวัติอุตสาหกรรม ซึ่งเปลี่ยนแปลงโลกอย่างสิ้นเชิง

คุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่? เข้าถึงข้อความของเราเกี่ยวกับ การปฏิวัติอุตสาหกรรม.

ตู้เย็น

ตู้เย็นหรือเครื่องทำความเย็นเป็นเครื่องทำความร้อนแบบคว่ำ ในอุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นต้องทำงานภายใต้ก๊าซภายในเครื่องยนต์เพื่อให้ขยายตัวโดยการดูดซับความร้อนจากสภาพแวดล้อม ตัวอย่างของตู้เย็น ได้แก่ ตู้เย็น ตู้แช่แข็ง และเครื่องปรับอากาศ

หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของเครื่องประเภทนี้ โปรดไปที่ข้อความเกี่ยวกับ การทำงานและคุณสมบัติของตู้เย็น

แบบฝึกหัดเกี่ยวกับเครื่องระบายความร้อน

แบบฝึกหัด 1) เครื่องระบายความร้อนได้รับความร้อน 500 J จากแหล่งความร้อนในแต่ละรอบการทำงาน หากเครื่องนี้กระจายความร้อน 350 J ไปยังอ่างเย็น ประสิทธิภาพการใช้พลังงานจะเป็นเปอร์เซ็นต์

ก) 42%

ข) 50%

ค) 30%

ง) 35%

จ) 25%

แม่แบบ: จดหมาย C

ความละเอียด:

การออกกำลังกายให้ปริมาณความร้อนที่เครื่องต้องใช้ในการทำงานระหว่างรอบ ดังนั้นเราสามารถกำหนดประสิทธิภาพได้โดยใช้สูตรที่เกี่ยวข้องกับ Qคิว และ QF, ดู:

การคำนวณข้างต้นระบุว่าพลังงานความร้อนที่มีให้กับมอเตอร์เพียง 30% ในแต่ละรอบจะถูกเปลี่ยนเป็นงานกลไก

แบบฝึกหัด 2) เครื่องที่ทำงานบนวงจร Carnot มีอุณหภูมิแหล่งกำเนิดร้อนและเย็นที่ 600 k และ 400 k ตามลำดับ เครื่องนี้จะกระจายความร้อน 800 j ไปยังแหล่งอุณหภูมิต่ำสุดในแต่ละรอบ คำนวณปริมาณความร้อนร้อนที่เครื่องดูดซับในแต่ละรอบและประสิทธิภาพเป็นเปอร์เซ็นต์ จากนั้นทำเครื่องหมายทางเลือกที่ถูกต้อง

ก) 67% และ 320 j

b) 33% และ 1200 j

ค) 33% และ 1900 j

ง) 62% และ 1900 j

จ) 80% และ 900 j

แม่แบบ: จดหมายข

ความละเอียด:

ก่อนอื่น มาคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่เป็นปัญหากันก่อน สำหรับสิ่งนี้เราจะใช้อุณหภูมิของแหล่งร้อนและเย็น:

โดยใช้ค่าอุณหภูมิที่แจ้งในคำสั่ง เราต้องแก้การคำนวณต่อไปนี้:

ในการคำนวณปริมาณความร้อนที่เครื่องดูดซับในแต่ละรอบทำได้ง่าย เพียงใช้ทฤษฎีบทของ Carnot:

เพื่อแก้ปัญหาการคำนวณ เพียงแทนที่ข้อมูลการออกกำลังกายในสูตรด้านบน


By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก

ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/maquina-termicaaplicacao-segunda-lei-termodinamica.htm

Teachs.ru

แสงแห่งหิ่งห้อย

หิ่งห้อยเป็นแมลง coleopteran ที่มีการปล่อยแสงเนื่องจากอวัยวะเรืองแสงที่อยู่ในช่องท้องส่วนล่าง กา...

read more

ตัวอักษรบราซิลและตัวอักษร 26 ตัว! [ข้อตกลงการอักขรวิธี]

ในที่สุดก็มีจุดจบของความเฉยเมย! ชาวต่างชาติ K, W และ Y เป็นพลเมืองบราซิลอย่างเป็นทางการผ่านภาษาข...

read more

3 ตุลาคม – วันทันตแพทย์โลก

การรักษาสุขภาพฟันให้แข็งแรงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับสุขภาพและคุณภาพชีวิตที่ดี เพราะการมีฟันที่ดี การดูแ...

read more
instagram viewer