Termiska maskiner

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 juni 2019; kontroller kräver 10 redigeringar .

Värmemotorer inom termodynamik kallas periodiskt arbetande värmemotorer och värmepumpar (termokompressorer). Kylare är en typ av värmepump . [ett]

Valet av driftprincipen för en värmemotor baseras på kravet på kontinuitet i arbetsprocessen och dess obegränsade tid. Detta krav är oförenligt med en ensidigt riktad förändring av tillståndet för ett termodynamiskt system, där dess parametrar ändras monotont. Den enda genomförbara formen av systembyte som uppfyller detta krav är en cirkulär process eller en cirkulär cykel som periodiskt upprepas. För driften av en värmemotor är följande komponenter nödvändiga: en värmekälla med en högre temperaturnivå, en värmekälla med en lägre temperaturnivå och en arbetsvätska.

Värmemotorer omvandlar värme till arbete. I värmemotorer kallas en källa med en högre temperaturnivå en värmare och en källa med en lägre temperaturnivå kallas ett kylskåp. Behovet av en värmare och en arbetsvätska är vanligtvis utom tvivel, men när det gäller kylskåpet, som en strukturell del av en värmemotor, kan det vara frånvarande. I detta fall utförs dess funktion av miljön, till exempel i fordon. I värmemotorer används en direkt cykel A , vars schema visas i fig. 1. Mängden värme tillförs från källan med den högsta temperaturen - värmaren och avleds delvis till källan med den lägsta temperaturen - kylskåpet .

Arbetet som utförs av en värmemotor, enligt termodynamikens första lag, är lika med skillnaden mellan mängden värme som tillförs och avlägsnas :

A = F ett − F 2 {\displaystyle A=Q_{1}-Q_{2}}

En värmemotors prestandakoefficient (COP) är förhållandet mellan utfört arbete och mängden värme som tillförs utifrån: [2]

η = A F ett = ett − F 2 F ett {\displaystyle \eta ={\dfrac {A}{Q_{1}}}=1-{\dfrac {Q_{2}}{Q_{1}}}}

Kylare och värmepumpar använder den omvända cykeln - B . I denna cykel överförs värme från källan för den lägsta temperaturen till källan för den högsta temperaturen (fig. 1). För att implementera denna process, förbrukas det externa insatsarbetet :

A = F ett − F 2 {\displaystyle A=Q_{1}-Q_{2}}

Effektiviteten hos kylmaskiner bestäms av värdet på kylkoefficienten, lika med förhållandet mellan mängden värme som tas från den kylda kroppen och det mekaniska arbetet som förbrukas  :


ϵ x = F 2 A {\displaystyle \epsilon _{x}={\dfrac {Q_{2}}{A}}}


Kylskåpet kan användas inte bara för att kyla olika kroppar, utan också för uppvärmning av rum. Faktum är att även ett vanligt hushållskylskåp, samtidigt som det kyler produkterna som placeras i det, värmer samtidigt luften i rummet. Funktionsprincipen för moderna värmepumpar är att använda den omvända cykeln hos en värmemotor för att pumpa värme från omgivningen till ett uppvärmt rum. Den största skillnaden mellan en värmepump och en kylmaskin är att mängden värme tillförs den uppvärmda kroppen, till exempel till luften i ett uppvärmt rum, och mängden värme tas bort från en mindre uppvärmd miljö.


En värmepumps verkningsgrad kännetecknas av omvandlingskoefficienten eller, som det ofta kallas, värmekoefficienten , som definieras som förhållandet mellan mängden värme som tas emot av den uppvärmda kroppen och det mekaniska arbetet som förbrukas för detta eller arbetet med elektrisk ström :

ϵ o = F ett A {\displaystyle \epsilon _{o}={\dfrac {Q_{1}}{A}}}

Med tanke på att , etablerar vi ett samband mellan värme- och kylningskoefficienterna för installationen:

ϵ o = ϵ x + ett {\displaystyle \epsilon _{o}=\epsilon _{x}+1}

Eftersom mängden värme som tas bort från omgivningen alltid skiljer sig från noll, blir värmepumpens verkningsgrad, enligt dess definition, större än en. Detta resultat motsäger inte termodynamikens andra lag, som förbjuder fullständig omvandling av värme till arbete, men inte den omvända processen för fullständig omvandling av värme till arbete. Fördelen med en värmepump jämfört med en elvärmare är att inte bara den el som omvandlas till värme används för uppvärmning av rum, utan även värmen som tas från omgivningen. Av denna anledning kan värmepumparnas effektivitet vara mycket högre än konventionella elvärmare. [3]

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Belokon N.I., 1954 , sid. 117.
  2. ↑ Savelyev I.V., 1989 , sid. 300.
  3. ↑ Kirillin V.A., 1983 , sid. 366.

Litteratur