Параграф 26 Физика 8 класс Пёрышкин | Конспект

КПД теплового двигателя

Тепловые двигатели работают на основе преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу. Однако часть этой энергии неизбежно теряется и не может быть использована полностью. Поэтому важно понимать, какова эффективность такого преобразования. Коэффициент полезного действия (КПД) показывает, насколько эффективно двигатель использует полученную теплоту для выполнения работы.

Работа теплового двигателя

В любом тепловом двигателе можно выделить три компонента: нагреватель, рабочее тело и холодильник. Нагреватель передает теплоту рабочему телу, которое в процессе расширения совершает работу. Часть энергии при этом превращается в механическую работу, а оставшаяся передается холодильнику. Из-за этих потерь коэффициент полезного действия всегда меньше 100%. Тепловые двигатели часто сталкиваются с тем, что большая часть полученной теплотой энергии неизбежно рассеивается в окружающую среду, снижая КПД.

Определение КПД

КПД теплового двигателя обозначают греческой буквой η (эта) и определяют как отношение совершенной работы к количеству теплоты, переданному рабочему телу от нагревателя. Формула КПД выглядит следующим образом: η = A / Q₁. Это значение всегда выражается в процентах и показывает, какая часть теплоты превращается в полезную работу.

Пример расчета КПД

Для расчета КПД нужно учитывать количество теплоты, переданное от нагревателя, и количество теплоты, отданное холодильнику. Формула приобретает вид η = (Q₁ - Q₂) / Q₁, где Q₁ – это теплота нагревателя, а Q₂ – теплота, переданная холодильнику. В реальных условиях тепловые двигатели никогда не достигают 100% КПД, потому что часть энергии теряется в виде потерь тепла.

Реальные значения КПД

КПД современных двигателей варьируется в зависимости от конструкции и типа двигателя. Например, современные паровые турбогенераторы могут иметь КПД от 40% до 50%, в то время как паровые двигатели показывают значение КПД в пределах 20-25%, а бензиновые двигатели – около 35%. Эти различия обусловлены особенностями конструкций и физическими ограничениями, связанными с потерями тепловой энергии в окружающую среду.