gymlit.in.ua



Роль термодинаміки в сучасній фізиці

Сортувати: за оцінками | за датою
25.06.18
[1]
переходи:3
Роль термодинаміки в сучасній фізиці

CoolReferat.com

ЗМІСТ


ВСТУП


ПЕРШЕ ПОЧАТОК ТЕРМОДИНАМІКИ
ДРУГИЙ ПОЧАТОК ТЕРМОДИНАМІКИ
ТРЕТІЙ ПОЧАТОК ТЕРМОДИНАМІКИ
ТЕПЛОВІ МАШИНИ
ВИСНОВОК
ВСТУП
Теплові явища відрізняються від механічних і електромагнітних тим, що закони теплових явищ необоротні (тобто теплові процеси самі йдуть лише в одному напрямку) і що теплові процеси здійснюються лише в макроскопічних масштабах, а тому використовувані для опису теплових процесів поняття і розміри (температура , кількість теплоти і т.д.) також мають тільки макроскопічний зміст (про температуру, наприклад, можна говорити стосовно до макроскопічного тіла, але не до молекули або атому). Разом з тим знання будови речовини необхідно для розуміння законів теплових явищ.

Тіло, аналізоване з термодинамічної позиції, є нерухомим, що не володіє механічною енергією. Але таке тіло має внутрішню енергію, що складається з енергій електронів, що рухаються і т.д. Це внутрішня енергія може збільшуватися або зменшуватися. Передача енергії може здійснюватися шляхом передачі від одного тіла до іншого при вчиненні над ними роботи і шляхом теплообміну. У другому випадку внутрішня енергія переходить від більш нагрітого тіла до менш нагрітого без учинення роботи. Передану енергію називають кількістю теплоти, а передачу енергії - теплопередачею. У загальному випадку обидва процеси можуть здійснюватися одночасно, коли тіло при утраті внутрішньої енергії може здійснювати роботу і передавати теплоту іншому тілу. До розуміння цього вчені прийшли не відразу. Для XVIII і першій половині XIX ст. було характерно розуміти теплоту як невагому рідину (речовина).

Уявлення про теплоту як формі прямування дрібних часток матерії з'явилося ще в XVII столітті. Цих поглядів дотримувалися Бекон, Декарт, Ньютон, Гук, Ломоносов. Однак і в XIX столітті концепція теплорода розділялася багатьма вченими. В кінці XVIII століття Б.Томпсон (граф Румфорд) виявив виділення великої кількості тепла при висвердлюванні каналу в гарматному стовбурі, що порахував доказом того, що теплота є формою руху. Одержання теплоти за допомогою тертя підтвердили досліди Г. Деві. Б.Томпсон показав, що з обмеженої кількості матерії може бути отримана необмежена кількість теплоти.

Виникнення власне термодинаміки починається з роботи С. Карно (сам термін "термодинаміка" введений Б.Томпсоном). Досліджуючи практичну задачу одержання прямування з тепла стосовно до парових машин, він зрозумів, що принцип одержання прямування з тепла необхідно розглядати не тільки стосовно парових машин, але до будь-яких мислимих теплових машин. Так був сформульований загальний метод рішення задачі - термодинамічний, що заклав основу термодинаміки. Визначаючи коефіцієнт корисної дії теплових машин, Карно увів свій знаменитий цикл, що складається з двох ізотермічних (які відбуваються при постійній температурі) і двох адіабатичних (без припливу і віддачі тепла) процесів. ККД циклу Карно не залежить від властивостей робочого тіла (пари, газу і т.д.) і визначається температурами теплоотдатчика і теплоприймача. ККД будь-якої теплової машини не може бути при тих же температурах теплоотдатчика і теплоприемника вище ККД циклу Карно.

Карно першим розкрив зв'язок теплоти з роботою. Але він виходив із концепції теплорода, що визнала теплоту незмінною по кількості субстанцією. Разом з тим Карно вже зрозумів, що робота парової машини визначається загальним законом переходу тепла від більш високих до більш низьких температур, тобто що не може бути безмежного відтворення рушійної сили без витрат теплорода. Таким чином, робота рекомендувалася як результат перепаду теплорода з вищого рівня на нижчі. Інакше кажучи, теплота може створювати роботу лише при наявності різниці температур. За своїм змістом це і складає зміст другого початку термодинаміки. ККД теплової машини виявився залежним не від робочої речовини, а від температури теплоотдатчика і теплоприймача. Все це дозволило Карно прийти до визнання принципу неможливості створення вічного двигуна першого роду (т.
uk | coolreferat.com/Роль_термодинамики_в_современной_физике


25.06.18
[1]
переходи:0
Роль термодинаміки в сучасній фізиці

Для поршневих двигунів внутрішнього згоряння важливою характеристикою, що визначає повноту згоряння палива та значно вліяющейна величину ККД, є ступінь стиснення горючої суміші:
де V2 і V1 - обсяги на початку і в кінці стиснення. Зі збільшенням ступеня стиснення зростає початкова температура горючої суміші наприкінці такту стиснення, що сприяє більш повному її згорянню. У карбюраторних двигунах збільшення ступеня стиснення вище 8-9 перешкоджає самозаймання (детонація) горючої суміші, що відбувається ще до того, як поршень досягне верхньої мертвої точки. Це явище завдає руйнівної дії на двигун і знижує його потужність і ККД. Досягти високих ступенів стиснення без детонації вдалося збільшенням швидкості руху поршня при підвищенні числа обертів двигуна до 5-6 тис. Об / хв і застосуванням бензину зі спеціальними антидетонаційними присадками.

Карбюраторні двигуни внутрішнього згоряння широко застосовуються в автомобільному транспорті. Вони приводять в рух майже всі легкові і багато вантажні автомобілі.

Двигун Дизеля. Для дельнейшего підвищення ККД двигуна внутрішнього згоряння в 1892 р німецький інженер Рудольф Дизель запропонував іспсльзовать ще більші ступеня стиснення робочого тіла.

Високий ступінь стиснення без детонації досягається в двигуні Дизеля за рахунок того, що стисненню піддається не горюча суміш, а тільки воздух.По закінчення процесу стиснення в циліндр впорскується пальне. Для його запалення не потрібно ніякого спеціального пристрою, так як при високому ступені адіабатичного стиснення повітря його температура підвищується до 600 - 700 С. Пальне, впорскується за допомогою паливного насоса через форсунку, запалюється при зіткненні з розпеченим повітрям.

Подача палива управляється особливим регулятором, в результаті чого процес горіння протікає не настільки короткочасно, як в карбюраторному двигуні, а відбувається ізобарно, а потім адіабатно. При зворотному русі поршня здійснюється вихлоп.

Сучасні дизелі мають ступінь стиснення e = 16 - 21 і ККД близько 40%. Більш високий коефіцієнт корисної дії дизельних двигунів обумовлений тим, що внаслідок більш високого ступеня стиснення початкова температура горіння суміші (480- 630 ° С) у них вище, ніж у карбюраторних двигунів (330- 480 ° С). Цим забезпечується більш повне згоряння дизельного палива. Дизельні двигуни використовуються в потужних вантажних автомобілях, тракторах, на судах річкового і морського транспорту, тепловозах.

Газова турбіна. Все більш широке застосування в сучасному транспорті отримують газотурбінні двигуни. Газотурбінна установка складається з повітряного компресора 1, камер згоряння 2 і газової турбіни 3 (рис. 2). Компресор складається з ротора, укріпленого на одній осі з турбіною, і нерухомого направляючого апарату.

При роботі турбіни ротор компресора обертається. Лопатки ротора мають таку форму, що прііх обертанні тиск перед компресором знижується, а за ним підвищується. Повітря засмоктується в компресор, кілька ступенів лопаток компресора забезпечують підвищення тиску повітря в 5-7 разів.

Процес стиснення протікає адіабатно, тому температура повітря підвищується до температури 200 ° С і більше.

Стиснене повітря надходить в камеру згоряння. Одночасно через форсунку в неї впорскується під великим тиском рідке паливо - гас, мазут.

При горінні палива повітря, службовець робочим тілом, отримує деяку кількість тепла і нагрівається до температури 1500- 2200 ° С. Нагрівання повітря відбувається при постійному тиску, тому повітря розширюється і швидкість його руху збільшується.
uk | coolreferat.com/id=285141_часть=3