SILNIKI CIEPLNE

Przemiana termodynamiczna-

dowolna zmiana

wartości funkcji stanu (np. ciśnienie, objętość, temperatura,
masa) układu fizycznego.

Klasyfikacja procesów termodynamicznych ze

względu na stałość określonych wartości:



Przemiana izobaryczna: stałe ciśnienie p=const.



Przemiana izotermiczna: stała temperatura T= const.



Przemiana izochoryczna: stała objętość V= const.



Przemiana izentalpowa: stała entalpia H= const.



Przemiana adiabatyczna: brak wymiany ciepła z
otoczeniem



Przemiana izentropowa: adiabatyczna odwracalna



Przemiana politropowa: pV

n

= const. Gdzie n to wykładnik

politropy

Klasyfikacja procesów termodynamicznych ze

względu na ich odwracalność

Proces odwracalny- proces termodynamiczny, którego

kierunek można odwrócić poprzez zmianę wartości jednej
lub więcej zmiennych stanu termodynamicznego. Procesy
odwracalne zachodzą przy niezmienionej sumie entropii
układu i otoczenia.

Proces nieodwracalny- Proces termodynamiczny, powodujący

wzrost sumy entropii układu i otoczenia. Wbrew nazwie,
proces odwrotny jest możliwy, ale jego
prawdopodobieństwo jest bliskie zeru.

Przemiana adiabatyczna-

Proces termodynamiczny,

podczas którego izolowany układ nie nawiązuje wymiany
ciepła, lecz całość energii jest dostarczana lub odbierana z
niego jako praca. Przemianę tę można zrealizować przez
zastosowanie osłon adiabatycznych lub gdy proces
następuje na tyle szybko, że przekazanie ciepła nie zdąży
nastąpić. Podczas przemiany zmieniają się parametry stanu
gazu. Ponieważ niema wymiany ciepła z otoczeniem,
podczas sprężania rośnie temperatura gazu, a podczas
rozprężania temperatura maleje.

Adiabata- Krzywa przedstawiająca na wykresie przemianę

adiabatyczną, w szczególności zależność ciśnienia od jego
objętości przy sprężaniu lub rozprężaniu adiabatycznym.

Krzywa czerwona i zielona - izotermy (przemiana
izotermiczna), niebieska - adiabata

Pierwsza zasada termodynamiki-

Precyzuje zależność

zmiany energii wewnętrznej od dostarczonego ciepła i
pracy.

I zasadę termodynamiki wyrażamy wzorem:

∆U = Q + W

∆U- zmiana energii wewnętrznej [J]
Q- ciepło dostarczone [J]
W- Praca wykonana [J]

Tę zależność można wyrazić również poprzez sformułowanie:

Zmiana energii wewnętrznej ciała, lub układu ciał jest

równa sumie dostarczonego ciepła i pracy wykonanej

nad ciałem/ układem ciał.

Druga zasada termodynamiki-

Stwierdza, że w

układzie termodynamicznie izolowanym istnieje funkcja
stanu, która z biegiem czasu nie maleje.

Funkcja ta zwana jest entropią i oznaczamy ją symbolem S.

Zmiana ∆ S  tej funkcji, spełnia więc nierówność ∆ S ≥ 0 ,
przy czym równość zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy
proces jest odwracalny.

Zasadę tą można wyrazić przez sformułowanie:

"Nie istnieje proces termodynamiczny, którego

jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze

zbiornika o temperaturze niższej i przekazanie go do

zbiornika o temperaturze wyższej."

Cykl Carnota-

Obieg termodynamiczny (szereg

dowolnych przemian termodynamicznych, którym
podlega czynnik termodynamiczny), złożony z dwóch
przemian izotermicznych i dwóch przemian
adiabatycznych. Jest to obieg odwracalny. Do realizacji
cyklu potrzebny jest czynnik
termodynamiczny( substancja ciekła lub gazowa
przenosząca ciepło pomiędzy jego źródłami w
maszynach cieplnych) który może wykonywać pracę i
nad którym można wykonywać pracę, np. gaz w
naczyniu z tłokiem, a także dwa nieograniczone źródła
ciepła, jedno jako źródło ciepła ( o temperaturze T1)-
górne źródło ciepła, a drugie jako chłodnica ( o
temperaturze T2)- dolne źródło ciepła.

1.

Rozprężanie izotermiczne – czynnik
roboczy styka się ze źródłem ciepła, ma
jego temperaturę i poddawany jest
rozprężaniu izotermicznemu w
temperaturze T

H

, podczas tego cyklu

ciepło jest pobierane ze źródła ciepła.

2.

Rozprężanie adiabatyczne – czynnik
roboczy nie wymienia ciepła z
otoczeniem i jest rozprężany, aż czynnik
roboczy uzyska temperaturę chłodnicy
(T

L

).

3.

Sprężanie izotermiczne – czynnik
roboczy styka się z chłodnicą, ma
temperaturę chłodnicy i zostaje
poddany procesowi sprężania w tej
temperaturze (T

L

). Czynnik roboczy

oddaje ciepło do chłodnicy.

4.

Sprężanie adiabatyczne – czynnik
roboczy nie wymienia ciepła z
otoczeniem, jest poddawany sprężaniu,
aż uzyska temperaturę źródła ciepła
(T

H

).

Przebieg cyklu

Silnik cieplny-

Urządzenie, które zamienia energię

cieplną w energię mechaniczną( pracę) lub

elektryczną. Wzorem silnika cieplnego jest silnik

pracujący w cyklu Carnota. Silnik taki ma największą

teoretyczną sprawność dla danych temperatur źródeł

ciepła górnego i dolnego.

Silniki o spalaniu

wewnętrznym:

Silniki w których paliwo

spalane jest w

przestrzeni roboczej

silnika. Wśród nich

możemy wyróżnić silniki

turbinowe, tłokowe i

odrzutowe.

Silniki o spalaniu

zewnętrznym:

Silniki, w których paliwo spalane

jest poza silnikiem, a do silnika

dostarczane są spaliny lub

inne medium, którego energia

jest podnoszona w wyniku

spalania paliwa. Wyróżniamy

wśród nich:



Tłokowe

◦

Maszyna parowa

◦

Silnik Stirlinga



Turbinowe

◦

turbina parowa

Silniki cieplne dzielą się na:

Najczęściej spotykanymi w technice silnikami cieplnymi są

silniki tłokowe, służące powszechnie do napędów
samochodowych.

Sprawność silnika odnosi się do ilości pracy użytecznej jaką

możemy uzyskać z określonej ilości dostarczonego ciepła.

dW= dQ

c

– (-dQ

h

)

Gdzie
dW= jest pracą odbieraną od silnika. (jest to wielkość

ujemna gdy praca jest wykonywana przez silnik)

dQ

h

= jest ciepłem pobranym z górnego źródła ciepła

dQ

c

= jest ciepłem oddanym do chłodnicy

Innymi słowy, silnik cieplny pobiera ciepło ze zbiornika

ciepła o wysokiej temperaturze, przekształca jego

część w użyteczną pracę, a resztę oddaje do chłodnicy.