ताप इंजन के संचालन का सिद्धांत। ताप इंजनों के प्रदर्शन का गुणांक (सीओपी)

एक आदर्श मशीन की दक्षता के लिए कार्नोट द्वारा प्राप्त सूत्र (5.12.2) का मुख्य महत्व यह है कि यह किसी भी ताप इंजन की अधिकतम संभव दक्षता निर्धारित करता है।

उष्मागतिकी* के दूसरे नियम के आधार पर कार्नोट ने निम्नलिखित प्रमेय को सिद्ध किया: तापमान हीटर के साथ काम करने वाला कोई भी वास्तविक ताप इंजनटी 1 और फ्रिज का तापमानटी 2 , एक आदर्श ताप इंजन की दक्षता से अधिक दक्षता नहीं हो सकती है।

* कार्नोट ने वास्तव में क्लॉसियस और केल्विन से पहले थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम स्थापित किया था, जब थर्मोडायनामिक्स का पहला कानून अभी तक सख्ती से तैयार नहीं किया गया था।

पहले एक वास्तविक गैस के साथ प्रतिवर्ती चक्र पर चलने वाले ऊष्मा इंजन पर विचार करें। चक्र कोई भी हो सकता है, केवल यह महत्वपूर्ण है कि हीटर और रेफ्रिजरेटर का तापमान हो टी 1 और टी 2 .

आइए मान लें कि एक अन्य ताप इंजन की दक्षता (कार्नोट चक्र के अनुसार काम नहीं कर रही है) ’ > η . मशीनें एक सामान्य हीटर और एक सामान्य कूलर के साथ काम करती हैं। कारनोट मशीन को रिवर्स साइकिल (रेफ्रिजरेशन मशीन की तरह) और दूसरी मशीन को फॉरवर्ड साइकिल में काम करने दें (चित्र 5.18)। ऊष्मा इंजन सूत्र (5.12.3) और (5.12.5) के अनुसार समान कार्य करता है:

रेफ्रिजरेशन मशीन को हमेशा इस तरह से डिजाइन किया जा सकता है कि वह रेफ्रिजरेटर से गर्मी की मात्रा ले सके क्यू 2 = ||

फिर सूत्र (5.12.7) के अनुसार उस पर कार्य किया जायेगा

(5.12.12)

चूंकि शर्त के अनुसार η" > , फिर ए"> ए.इसलिए, गर्मी इंजन प्रशीतन इंजन को चला सकता है, और अभी भी काम की अधिकता होगी। यह अतिरिक्त कार्य एक स्रोत से ली गई ऊष्मा की कीमत पर किया जाता है। आखिरकार, एक साथ दो मशीनों की कार्रवाई के तहत गर्मी को रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित नहीं किया जाता है। लेकिन यह ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का खंडन करता है।

यदि हम यह मान लें कि > ", तब आप दूसरी मशीन को उल्टे चक्र में और कार्नोट की मशीन को एक सीधी रेखा में काम कर सकते हैं। हम ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के साथ फिर से विरोधाभास पर आते हैं। इसलिए, प्रतिवर्ती चक्रों पर चलने वाली दो मशीनों की दक्षता समान होती है: " = η .

यह अलग बात है कि दूसरी मशीन अपरिवर्तनीय चक्र में चलती है। अगर हम की अनुमति देते हैं " > η , तब हम फिर से ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के साथ विरोधाभास पर आ जाते हैं। हालांकि, धारणा एम|"< г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η" , या

यह मुख्य परिणाम है:

(5.12.13)

वास्तविक ऊष्मा इंजनों की दक्षता

सूत्र (5.12.13) ऊष्मा इंजनों की अधिकतम दक्षता के लिए सैद्धांतिक सीमा देता है। यह दर्शाता है कि ऊष्मा इंजन अधिक कुशल होता है, हीटर का तापमान जितना अधिक होता है और रेफ्रिजरेटर का तापमान उतना ही कम होता है। केवल जब रेफ्रिजरेटर का तापमान परम शून्य के बराबर हो, = 1।

लेकिन रेफ्रिजरेटर का तापमान व्यावहारिक रूप से परिवेश के तापमान से बहुत कम नहीं हो सकता है। आप हीटर का तापमान बढ़ा सकते हैं। हालांकि, किसी भी सामग्री (ठोस) में सीमित गर्मी प्रतिरोध, या गर्मी प्रतिरोध होता है। गर्म होने पर, यह धीरे-धीरे अपने लोचदार गुणों को खो देता है, और पर्याप्त उच्च तापमान पर पिघल जाता है।

अब इंजीनियरों के मुख्य प्रयासों का उद्देश्य उनके पुर्जों के घर्षण को कम करके, इसके अधूरे दहन के कारण ईंधन की हानि आदि को कम करके इंजन की दक्षता में वृद्धि करना है। यहां दक्षता बढ़ाने के वास्तविक अवसर अभी भी बड़े हैं। तो, एक भाप टरबाइन के लिए, प्रारंभिक और अंतिम भाप तापमान लगभग इस प्रकार हैं: टी 1 = 800 के और टी 2 = 300 K. इन तापमानों पर, दक्षता का अधिकतम मूल्य है:

विभिन्न प्रकार की ऊर्जा हानियों के कारण दक्षता का वास्तविक मूल्य लगभग 40% है। अधिकतम दक्षता - लगभग 44% - में आंतरिक दहन इंजन होते हैं।

किसी भी ऊष्मा इंजन की दक्षता अधिकतम संभव मान से अधिक नहीं हो सकती है
, जहां टी 1 - हीटर का पूर्ण तापमान, और टी 2 - रेफ्रिजरेटर का पूर्ण तापमान।

ताप इंजनों की दक्षता बढ़ाना और इसे अधिकतम संभव के करीब लाना- सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी चुनौती।

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यह ऊष्मा इंजनों के सिद्धांत का निर्माण था जिसके कारण ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का निर्माण हुआ।

पृथ्वी की पपड़ी और महासागरों में आंतरिक ऊर्जा के भंडार को व्यावहारिक रूप से असीमित माना जा सकता है। लेकिन व्यावहारिक समस्याओं को हल करने के लिए, ऊर्जा भंडार होना अभी भी पर्याप्त नहीं है। कारखानों, परिवहन के साधनों, ट्रैक्टरों और अन्य मशीनों में गति मशीन टूल्स को स्थापित करने के लिए ऊर्जा का उपयोग करने में सक्षम होना भी आवश्यक है, विद्युत प्रवाह जनरेटर के रोटर्स को घुमाएं, आदि। मानव जाति को इंजनों की आवश्यकता है - काम करने में सक्षम उपकरण। पृथ्वी पर अधिकांश इंजन हैं ऊष्मा इंजन.

हीट इंजन- ये ऐसे उपकरण हैं जो ईंधन की आंतरिक ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करते हैं।

ताप इंजन के संचालन का सिद्धांत।

इंजन को काम करने के लिए, इंजन पिस्टन या टरबाइन ब्लेड के दोनों किनारों पर दबाव अंतर की आवश्यकता होती है। सभी ताप इंजनों में, तापमान में वृद्धि करके यह दबाव अंतर प्राप्त किया जाता है काम करने वाला शरीर(गैस) परिवेश के तापमान से सैकड़ों या हजारों डिग्री ऊपर। तापमान में यह वृद्धि ईंधन के दहन के दौरान होती है।

इंजन के मुख्य भागों में से एक एक जंगम पिस्टन के साथ गैस से भरा बर्तन है। सभी ऊष्मा इंजनों में कार्यरत द्रव एक गैस है जो विस्तार के दौरान कार्य करती है। आइए टी 1 के माध्यम से काम कर रहे तरल पदार्थ (गैस) के प्रारंभिक तापमान को निरूपित करें। स्टीम टर्बाइन या मशीनों में यह तापमान स्टीम बॉयलर में भाप द्वारा प्राप्त किया जाता है। आंतरिक दहन इंजन और गैस टर्बाइन में, तापमान में वृद्धि तब होती है जब इंजन के अंदर ही ईंधन जलाया जाता है। तापमान टी 1 कहा जाता है हीटर का तापमान.

रेफ्रिजरेटर की भूमिका

जैसे ही काम किया जाता है, गैस ऊर्जा खो देती है और अनिवार्य रूप से एक निश्चित तापमान टी 2 तक ठंडा हो जाती है, जो आमतौर पर परिवेश के तापमान से कुछ अधिक होती है। वे उसे बुलाते हैं रेफ्रिजरेटर का तापमान. रेफ्रिजरेटर एक वातावरण या निकास भाप को ठंडा और संघनित करने के लिए विशेष उपकरण है - संधारित्र. बाद के मामले में, रेफ्रिजरेटर का तापमान परिवेश के तापमान से थोड़ा कम हो सकता है।

इस प्रकार, इंजन में, विस्तार के दौरान काम करने वाला तरल अपनी सारी आंतरिक ऊर्जा काम करने के लिए नहीं दे सकता है। आंतरिक दहन इंजनों और गैस टर्बाइनों से निकलने वाली भाप या निकास गैसों के साथ गर्मी का हिस्सा अनिवार्य रूप से कूलर (वायुमंडल) में स्थानांतरित हो जाता है।

ईंधन की आंतरिक ऊर्जा का यह भाग नष्ट हो जाता है। एक ऊष्मा इंजन कार्यशील द्रव की आंतरिक ऊर्जा के कारण कार्य करता है। इसके अलावा, इस प्रक्रिया में, गर्मी को गर्म निकायों (हीटर) से ठंडे वाले (रेफ्रिजरेटर) में स्थानांतरित किया जाता है। ऊष्मा इंजन का एक योजनाबद्ध आरेख चित्र 13.13 में दिखाया गया है।

इंजन का कार्यशील द्रव ईंधन के दहन के दौरान हीटर से प्राप्त होता है, ऊष्मा Q 1 की मात्रा, कार्य A "करता है और ऊष्मा की मात्रा को रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित करता है Q2< Q 1 .

इंजन को लगातार काम करने के लिए, कार्यशील द्रव को उसकी प्रारंभिक अवस्था में लौटाना आवश्यक है, जिस पर कार्यशील द्रव का तापमान T 1 के बराबर होता है। यह इस प्रकार है कि इंजन का संचालन समय-समय पर दोहराई जाने वाली बंद प्रक्रियाओं के अनुसार होता है, या, जैसा कि वे कहते हैं, एक चक्र के अनुसार।

चक्रप्रक्रियाओं की एक श्रृंखला है, जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम अपनी प्रारंभिक स्थिति में वापस आ जाता है।

ऊष्मा इंजन के प्रदर्शन का गुणांक (COP)।

गैस की आंतरिक ऊर्जा को ऊष्मा इंजनों के कार्य में पूर्ण रूप से परिवर्तित करने की असंभवता प्रकृति में प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता के कारण है। यदि गर्मी स्वचालित रूप से रेफ्रिजरेटर से हीटर में वापस आ सकती है, तो आंतरिक ऊर्जा को किसी भी ताप इंजन का उपयोग करके पूरी तरह से उपयोगी कार्य में परिवर्तित किया जा सकता है। ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है:

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम:
दूसरी तरह की परपेचुअल मोशन मशीन बनाना असंभव है, जो गर्मी को पूरी तरह से यांत्रिक कार्य में बदल दे।

ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, इंजन द्वारा किया गया कार्य है:

ए" \u003d क्यू 1 - | क्यू 2 |, (13.15)

जहां क्यू 1 - हीटर से प्राप्त गर्मी की मात्रा, और क्यू 2 - रेफ्रिजरेटर को दी जाने वाली गर्मी की मात्रा।

एक ऊष्मा इंजन के प्रदर्शन का गुणांक (COP) कार्य A का अनुपात है "इंजन द्वारा हीटर से प्राप्त ऊष्मा की मात्रा के लिए किया जाता है:

चूंकि सभी इंजनों में कुछ मात्रा में गर्मी रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित हो जाती है, तो< 1.

ऊष्मा इंजनों की दक्षता का अधिकतम मूल्य।

ऊष्मप्रवैगिकी के नियम टी 1 के तापमान वाले हीटर और टी 2 के तापमान के साथ एक रेफ्रिजरेटर के साथ काम करने वाले ताप इंजन की अधिकतम संभव दक्षता की गणना करना संभव बनाते हैं, और इसे बढ़ाने के तरीके भी निर्धारित करते हैं।

पहली बार, एक ऊष्मा इंजन की अधिकतम संभव दक्षता की गणना फ्रांसीसी इंजीनियर और वैज्ञानिक साडी कार्नोट (1796-1832) ने अपने काम "आग की प्रेरक शक्ति पर प्रतिबिंब और इस बल को विकसित करने में सक्षम मशीनों पर" (1824) में की थी। )

कार्नोट एक आदर्श ऊष्मा इंजन के साथ एक आदर्श गैस के रूप में कार्यशील द्रव के रूप में सामने आया। एक आदर्श कार्नोट ऊष्मा इंजन दो समतापी और दो रुद्धोष्म से युक्त चक्र में संचालित होता है, और इन प्रक्रियाओं को उत्क्रमणीय माना जाता है (चित्र 13.14)। सबसे पहले, गैस के साथ एक बर्तन को हीटर के संपर्क में लाया जाता है, गैस तापमान T 1 पर सकारात्मक कार्य करते हुए, इज़ोटेर्मली रूप से फैलती है, जबकि इसे ऊष्मा Q 1 की मात्रा प्राप्त होती है।

फिर पोत को थर्मल रूप से इन्सुलेट किया जाता है, गैस पहले से ही रुद्धोष्म रूप से विस्तारित होती रहती है, जबकि इसका तापमान रेफ्रिजरेटर टी 2 के तापमान तक कम हो जाता है। उसके बाद, गैस को रेफ्रिजरेटर के संपर्क में लाया जाता है, इज़ोटेर्मल संपीड़न के तहत, यह रेफ्रिजरेटर को गर्मी क्यू 2 की मात्रा देता है, वॉल्यूम वी 4 को संपीड़ित करता है< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:

सूत्र (13.17) के अनुसार, कार्नोट मशीन की दक्षता हीटर और रेफ्रिजरेटर के पूर्ण तापमान में अंतर के सीधे आनुपातिक है।

इस सूत्र का मुख्य अर्थ यह है कि यह दक्षता बढ़ाने के तरीके को इंगित करता है, इसके लिए हीटर का तापमान बढ़ाना या रेफ्रिजरेटर का तापमान कम करना आवश्यक है।

तापमान T 1 वाले हीटर के साथ काम करने वाले किसी भी वास्तविक ताप इंजन और तापमान T 2 वाले रेफ्रिजरेटर में एक आदर्श ताप इंजन की दक्षता से अधिक दक्षता नहीं हो सकती है: एक वास्तविक ऊष्मा इंजन के चक्र को बनाने वाली प्रक्रियाएँ प्रतिवर्ती नहीं होती हैं।

फॉर्मूला (13.17) ऊष्मा इंजनों की दक्षता के अधिकतम मूल्य के लिए एक सैद्धांतिक सीमा देता है। यह दर्शाता है कि एक ऊष्मा इंजन अधिक कुशल होता है, हीटर और रेफ्रिजरेटर के बीच तापमान का अंतर जितना अधिक होता है।

केवल रेफ्रिजरेटर के तापमान पर, निरपेक्ष शून्य के बराबर, = 1. इसके अलावा, यह साबित हो गया है कि सूत्र (13.17) द्वारा गणना की गई दक्षता काम करने वाले पदार्थ पर निर्भर नहीं करती है।

लेकिन रेफ्रिजरेटर का तापमान, जिसकी भूमिका आमतौर पर वातावरण द्वारा निभाई जाती है, व्यावहारिक रूप से परिवेश के तापमान से कम नहीं हो सकती है। आप हीटर का तापमान बढ़ा सकते हैं। हालांकि, किसी भी सामग्री (ठोस शरीर) में सीमित गर्मी प्रतिरोध या गर्मी प्रतिरोध होता है। गर्म होने पर, यह धीरे-धीरे अपने लोचदार गुणों को खो देता है, और पर्याप्त उच्च तापमान पर पिघल जाता है।

अब इंजीनियरों के मुख्य प्रयासों का उद्देश्य उनके पुर्जों के घर्षण को कम करके, अधूरे दहन के कारण ईंधन के नुकसान आदि को कम करके इंजन की दक्षता में वृद्धि करना है।

भाप टरबाइन के लिए, प्रारंभिक और अंतिम भाप तापमान लगभग इस प्रकार हैं: टी 1 - 800 के और टी 2 - 300 के। इन तापमानों पर, अधिकतम दक्षता 62% है (ध्यान दें कि दक्षता को आमतौर पर प्रतिशत के रूप में मापा जाता है)। विभिन्न प्रकार की ऊर्जा हानियों के कारण दक्षता का वास्तविक मूल्य लगभग 40% है। डीजल इंजन में अधिकतम दक्षता होती है - लगभग 44%।

पर्यावरण संरक्षण।

ऊष्मा इंजनों के बिना आधुनिक दुनिया की कल्पना करना कठिन है। वे हमें एक आरामदायक जीवन प्रदान करते हैं। हीट इंजन वाहन चलाते हैं। लगभग 80% बिजली, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की उपस्थिति के बावजूद, ऊष्मा इंजनों का उपयोग करके उत्पन्न होती है।

हालांकि, गर्मी इंजन के संचालन के दौरान, अपरिहार्य पर्यावरण प्रदूषण होता है। यह एक विरोधाभास है: एक तरफ, हर साल मानवता को अधिक से अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिसका मुख्य भाग ईंधन जलाने से प्राप्त होता है, दूसरी ओर, दहन प्रक्रियाएं अनिवार्य रूप से पर्यावरण प्रदूषण के साथ होती हैं।

जब ईंधन जलाया जाता है, तो वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा कम हो जाती है। इसके अलावा, दहन उत्पाद स्वयं रासायनिक यौगिक बनाते हैं जो जीवित जीवों के लिए हानिकारक होते हैं। प्रदूषण न केवल जमीन पर होता है, बल्कि हवा में भी होता है, क्योंकि किसी भी विमान की उड़ान के साथ वातावरण में हानिकारक अशुद्धियों का उत्सर्जन होता है।

इंजनों के संचालन के परिणामों में से एक कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण है, जो पृथ्वी की सतह से अवरक्त विकिरण को अवशोषित करता है, जिससे वातावरण के तापमान में वृद्धि होती है। यह तथाकथित ग्रीनहाउस प्रभाव है। मापन से पता चलता है कि वातावरण का तापमान प्रति वर्ष 0.05 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाता है। तापमान में इस तरह की लगातार वृद्धि से बर्फ पिघल सकती है, जिससे महासागरों में जल स्तर में बदलाव आएगा, यानी महाद्वीपों में बाढ़ आ जाएगी।

हीट इंजन का उपयोग करते समय हम एक और नकारात्मक बिंदु पर ध्यान देते हैं। इसलिए, कभी-कभी नदियों और झीलों के पानी का उपयोग इंजनों को ठंडा करने के लिए किया जाता है। गर्म पानी को फिर वापस कर दिया जाता है। जल निकायों में तापमान में वृद्धि से प्राकृतिक संतुलन बिगड़ जाता है, इस घटना को तापीय प्रदूषण कहा जाता है।

पर्यावरण की रक्षा के लिए, वातावरण में हानिकारक पदार्थों के उत्सर्जन को रोकने के लिए विभिन्न सफाई फिल्टर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, और इंजन के डिजाइन में सुधार किया जा रहा है। ईंधन में लगातार सुधार हो रहा है, जो दहन के दौरान कम हानिकारक पदार्थ देता है, साथ ही इसके दहन की तकनीक भी। पवन, सौर विकिरण और कोर ऊर्जा का उपयोग करने वाले वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों को सक्रिय रूप से विकसित किया जा रहा है। सौर ऊर्जा से चलने वाले इलेक्ट्रिक वाहनों और वाहनों का उत्पादन पहले से ही किया जा रहा है।

एक थर्मल इंजन एक इंजन है जो थर्मल ऊर्जा के स्रोत की कीमत पर काम करता है।

थर्मल ऊर्जा ( क्यू हीटर) स्रोत से इंजन में स्थानांतरित किया जाता है, जबकि प्राप्त ऊर्जा का हिस्सा इंजन काम करने पर खर्च करता है वू, अव्ययित ऊर्जा ( क्यू रेफ्रिजरेटर) एक रेफ्रिजरेटर को भेजा जाता है, जिसकी भूमिका, उदाहरण के लिए, परिवेशी वायु द्वारा की जा सकती है। हीट इंजन तभी काम कर सकता है जब रेफ्रिजरेटर का तापमान हीटर के तापमान से कम हो।

ऊष्मा इंजन के प्रदर्शन गुणांक (COP) की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है: दक्षता = डब्ल्यू/क्यू एनजी.

दक्षता = 1 (100%) यदि सभी तापीय ऊर्जा को कार्य में परिवर्तित कर दिया जाता है। दक्षता = 0 (0%) यदि कोई तापीय ऊर्जा कार्य में परिवर्तित नहीं होती है।

एक वास्तविक ऊष्मा इंजन की दक्षता 0 से 1 की सीमा में होती है, दक्षता जितनी अधिक होगी, इंजन उतना ही अधिक कुशल होगा।

क्यू एक्स / क्यू एनजी \u003d टी एक्स / टी एनजी दक्षता \u003d 1- (क्यू एक्स / क्यू एनजी) दक्षता \u003d 1- (टी एक्स / टी एनजी)

ऊष्मप्रवैगिकी के तीसरे नियम को ध्यान में रखते हुए, जिसमें कहा गया है कि पूर्ण शून्य (T=0K) का तापमान नहीं पहुँचा जा सकता है, हम कह सकते हैं कि दक्षता = 1 के साथ एक ऊष्मा इंजन विकसित करना असंभव है, क्योंकि T x >0 हमेशा होता है।

हीट इंजन की दक्षता जितनी अधिक होगी, हीटर का तापमान उतना ही अधिक होगा और रेफ्रिजरेटर का तापमान कम होगा।

एक ऊष्मा इंजन (मशीन) एक उपकरण है जो ईंधन की आंतरिक ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करता है, आसपास के निकायों के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है। अधिकांश आधुनिक ऑटोमोबाइल, विमान, जहाज और रॉकेट इंजन एक ऊष्मा इंजन के सिद्धांतों पर डिज़ाइन किए गए हैं। काम करने वाले पदार्थ की मात्रा को बदलकर काम किया जाता है, और किसी भी प्रकार के इंजन की दक्षता को चिह्नित करने के लिए, एक मूल्य का उपयोग किया जाता है जिसे दक्षता कारक (सीओपी) कहा जाता है।

हीट इंजन कैसे काम करता है

ऊष्मप्रवैगिकी के दृष्टिकोण से (भौतिकी की एक शाखा जो आंतरिक और यांत्रिक ऊर्जा के पारस्परिक परिवर्तनों के पैटर्न और एक शरीर से दूसरे शरीर में ऊर्जा के हस्तांतरण का अध्ययन करती है), किसी भी ऊष्मा इंजन में एक हीटर, एक रेफ्रिजरेटर और एक कार्यशील द्रव होता है .

चावल। 1. ऊष्मा इंजन का संरचनात्मक आरेख:।

एक प्रोटोटाइप हीट इंजन का पहला उल्लेख एक भाप टरबाइन को संदर्भित करता है, जिसका आविष्कार प्राचीन रोम (दूसरी शताब्दी ईसा पूर्व) में किया गया था। सच है, उस समय कई सहायक विवरणों की कमी के कारण आविष्कार को व्यापक आवेदन नहीं मिला। उदाहरण के लिए, उस समय किसी भी तंत्र के संचालन के लिए असर के रूप में इस तरह के एक महत्वपूर्ण तत्व का आविष्कार नहीं किया गया था।

किसी भी ताप इंजन के संचालन की सामान्य योजना इस प्रकार है:

• हीटर का तापमान T 1 अधिक होता है जो बड़ी मात्रा में ऊष्मा Q 1 को स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त होता है। अधिकांश ताप इंजनों में, ईंधन मिश्रण (ईंधन-ऑक्सीजन) को जलाने से ताप प्राप्त होता है;
• इंजन का कार्यशील द्रव (भाप या गैस) उपयोगी कार्य करता है लेकिन,उदाहरण के लिए, पिस्टन को हिलाना या टरबाइन को घुमाना;
• रेफ्रिजरेटर काम कर रहे तरल पदार्थ से ऊर्जा का हिस्सा अवशोषित करता है। फ्रिज का तापमान टी 2< Т 1 . То есть, на совершение работы идет только часть теплоты Q 1 .

हीट इंजन (इंजन) को लगातार काम करना चाहिए, इसलिए काम कर रहे द्रव को अपनी मूल स्थिति में वापस आना चाहिए ताकि उसका तापमान T 1 के बराबर हो जाए। प्रक्रिया की निरंतरता के लिए, मशीन का संचालन समय-समय पर दोहराते हुए चक्रीय रूप से होना चाहिए। एक साइकिल चालन तंत्र बनाने के लिए - काम कर रहे तरल पदार्थ (गैस) को उसकी मूल स्थिति में वापस करने के लिए - संपीड़न प्रक्रिया के दौरान गैस को ठंडा करने के लिए एक रेफ्रिजरेटर की आवश्यकता होती है। रेफ्रिजरेटर वातावरण (आंतरिक दहन इंजन के लिए) या ठंडा पानी (भाप टर्बाइन के लिए) हो सकता है।

ऊष्मा इंजन की दक्षता कितनी होती है

1824 में फ्रांसीसी यांत्रिक इंजीनियर साडी कार्नोट ने ऊष्मा इंजनों की दक्षता निर्धारित करने के लिए। एक ऊष्मा इंजन की दक्षता की अवधारणा को पेश किया। दक्षता को दर्शाने के लिए ग्रीक अक्षर का प्रयोग किया जाता है। के मान की गणना ऊष्मा इंजन दक्षता सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

$$η=(A\ओवर Q1)$$

चूंकि $ A = Q1 - Q2 $, तो

$η =(1 - Q2\Q1 से अधिक)$

चूंकि सभी इंजनों में गर्मी का कुछ हिस्सा रेफ्रिजरेटर को दिया जाता है, तो हमेशा< 1 (меньше 100 процентов).

एक आदर्श ऊष्मा इंजन की अधिकतम संभव दक्षता

एक आदर्श ऊष्मा इंजन के रूप में, साडी कार्नोट ने एक आदर्श गैस के साथ एक कार्यशील द्रव के रूप में एक मशीन का प्रस्ताव रखा। आदर्श कार्नोट मॉडल एक चक्र (कार्नोट चक्र) पर कार्य करता है जिसमें दो समतापी और दो रुद्धोष्म होते हैं।

चावल। 2. कार्नोट चक्र:।

स्मरण करो:

• रुद्धोष्म प्रक्रियाएक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया है जो पर्यावरण के साथ गर्मी के आदान-प्रदान के बिना होती है (क्यू = 0);
• इज़ोटेर्मल प्रक्रियाएक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया है जो एक स्थिर तापमान पर होती है। चूंकि एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा केवल तापमान पर निर्भर करती है, गैस को स्थानांतरित गर्मी की मात्रा क्यूए (क्यू = ए) काम करने के लिए पूरी तरह से चला जाता है .

साडी कार्नोट ने साबित किया कि एक आदर्श ऊष्मा इंजन द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली अधिकतम संभव दक्षता निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके निर्धारित की जाती है:

$$ηअधिकतम=1-(T2\T1 से अधिक)$$

कार्नोट सूत्र आपको ऊष्मा इंजन की अधिकतम संभव दक्षता की गणना करने की अनुमति देता है। हीटर और रेफ्रिजरेटर के तापमान में जितना अधिक अंतर होगा, दक्षता उतनी ही अधिक होगी।

विभिन्न प्रकार के इंजनों की वास्तविक दक्षता क्या है

उपरोक्त उदाहरणों से, यह देखा जा सकता है कि उच्चतम दक्षता मूल्य (40-50%) आंतरिक दहन इंजन (डीजल संस्करण में) और तरल ईंधन जेट इंजन हैं।

चावल। 3. वास्तविक ताप इंजन की दक्षता:।

हमने क्या सीखा?

तो, हमने सीखा कि इंजन दक्षता क्या है। किसी भी ऊष्मा इंजन की दक्षता हमेशा 100 प्रतिशत से कम होती है। हीटर टी 1 और रेफ्रिजरेटर टी 2 के बीच तापमान का अंतर जितना अधिक होगा, दक्षता उतनी ही अधिक होगी।

विषय प्रश्नोत्तरी

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दक्षता कारक (सीओपी)ऊर्जा रूपांतरण या हस्तांतरण के संदर्भ में एक प्रणाली की दक्षता का एक उपाय है, जो कि सिस्टम द्वारा प्राप्त कुल ऊर्जा के लिए उपयोगी रूप से उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के अनुपात से निर्धारित होता है।

क्षमता- मान आयामहीन है, इसे आमतौर पर प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है:

ऊष्मा इंजन के प्रदर्शन का गुणांक (COP) सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: , जहाँ A = Q1Q2। ऊष्मा इंजन की दक्षता हमेशा 1 से कम होती है।

कार्नोट चक्र- यह एक उत्क्रमणीय वृत्ताकार गैस प्रक्रिया है, जिसमें दो क्रमागत इज़ोटेर्मल और दो रुद्धोष्म प्रक्रियाएं होती हैं जो एक कार्यशील द्रव के साथ की जाती हैं।

वृत्ताकार चक्र, जिसमें दो समतापी और दो रुद्धोष्म शामिल हैं, अधिकतम दक्षता के अनुरूप हैं।

1824 में फ्रांसीसी इंजीनियर साडी कार्नोट ने एक आदर्श ऊष्मा इंजन की अधिकतम दक्षता के लिए एक सूत्र निकाला, जहाँ काम करने वाला द्रव एक आदर्श गैस है, जिसके चक्र में दो समताप मंडल और दो एडियाबैट शामिल हैं, जो कि कार्नोट चक्र है। कार्नोट चक्र एक ऊष्मा इंजन का वास्तविक कार्य चक्र है जो एक इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में काम कर रहे तरल पदार्थ को आपूर्ति की गई गर्मी के कारण काम करता है।

कार्नोट चक्र की दक्षता का सूत्र, अर्थात ऊष्मा इंजन की अधिकतम दक्षता है: , जहां T1 हीटर का पूर्ण तापमान है, T2 रेफ्रिजरेटर का पूर्ण तापमान है।

हीट इंजन- ये ऐसी संरचनाएं हैं जिनमें तापीय ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

हीट इंजन डिजाइन और उद्देश्य दोनों में विविध हैं। इनमें स्टीम इंजन, स्टीम टर्बाइन, आंतरिक दहन इंजन, जेट इंजन शामिल हैं।

हालांकि, विविधता के बावजूद, विभिन्न ताप इंजनों के संचालन के सिद्धांत में सामान्य विशेषताएं हैं। प्रत्येक ताप इंजन के मुख्य घटक:

• हीटर;
• काम करने वाला शरीर;
• फ्रिज।

हीटर काम कर रहे तरल पदार्थ को गर्म करते हुए थर्मल ऊर्जा जारी करता है, जो इंजन के कार्य कक्ष में स्थित है। काम करने वाला द्रव भाप या गैस हो सकता है।

गर्मी की मात्रा को स्वीकार करने के बाद, गैस फैलती है, क्योंकि। इसका दबाव बाहरी दबाव से अधिक होता है, और पिस्टन को घुमाता है, जिससे सकारात्मक कार्य होता है। उसी समय, इसका दबाव कम हो जाता है, और इसकी मात्रा बढ़ जाती है।

यदि हम उसी अवस्था से गुजरते हुए, लेकिन विपरीत दिशा में गैस को संपीड़ित करते हैं, तो हम वही निरपेक्ष मान करेंगे, लेकिन नकारात्मक कार्य करेंगे। नतीजतन, चक्र के लिए सभी कार्य शून्य के बराबर होंगे।

ऊष्मा इंजन का कार्य शून्य न हो, इसके लिए गैस को संपीड़ित करने का कार्य विस्तार के कार्य से कम होना चाहिए।

संपीड़न के कार्य को विस्तार के कार्य से कम करने के लिए, यह आवश्यक है कि संपीड़न प्रक्रिया कम तापमान पर हो, इसके लिए कार्यशील द्रव को ठंडा किया जाना चाहिए, इसलिए, रेफ्रिजरेटर के डिजाइन में एक रेफ्रिजरेटर शामिल किया गया है। इंजन गर्म करें। काम करने वाला द्रव रेफ्रिजरेटर के संपर्क में आने पर गर्मी की मात्रा को छोड़ देता है।