Transcript 15.1. Motorul Carnot

MOTORUL CARNOT
Procesul ciclic ideal
Motoare termice
Priveşte imaginile următoare şi
încearcă să observi ce au în comun.
Click!
Ţi-ai dat seama că în toate e vorba de
motoarele termice care asigură
locomoţia fiecărui mijloc de transport
exemplificat, nu-i aşa?
Dar… ceva
nu e ca
restul…
Ce este un motor termic?
• Este o maşină termică a cărei funcţie este de a
transforma ciclic căldură în lucru mecanic efectuat
asupra unor mecanisme exterioare.
• O consecinţă a principiului al doilea al termodinamicii
arată că numai printr-un proces ciclic biterm se poate
efectua lucru mecanic de către motorul termic.
• Motorul cu ardere internă îşi îndeplineşte funcţia
obţinând căldură prin arderea combustibilului în
interiorul fiecărui cilindru al său transformând-o parţial
în lucru mecanic efectuat asupra arborelui motor.
Ce este ciclul Carnot?
• Este un proces termodinamic ciclic şi reversibil
pe care îl efectuează gazul ideal.
• L-a propus inginerul Nicolas Léonard Sadi
Carnot în 1824 pentru dezvoltarea bazelor
teoretice necesare proiectării motoarelor cu
ardere internă. Date biografice găseşti aici.
• Este o succesiune de transformări destinată
obţinerii celui mai mare randament posibil, după
cum urmează:
Procesele ciclului Carnot
1 – 2 izoterma T1
• Destindere izotermă în contact termic cu termostatul
cald
• Temperatura gazului ideal este menţinută la valoarea
constantă a temperaturii termostatului cald adus în
contact termic cu gazul ideal care-şi măreşte volumul.
(click pe buton)
p – presiunea gazului ideal din cilindru
V – volumul gazului ideal din cilindru limitat
de poziţia momentană a pistonului
2 – 3 prima adiabată
p
•
1
T1
3 – 4 izoterma T2
•
4
Destindere adiabatică de la izoterma “caldă” la izoterma
“rece”
– Gazul ideal este izolat adiabatic şi îşi măreşte
volumul de la temperatura termostatului cald la
temperatura termostatului rece fără să schimbe
căldură cu exteriorul. (click pe buton)
2
T2
Comprimarea izotermă în contact termic cu termostatul
rece
– Temperatura gazului ideal este menţinută la valoarea
constantă a temperaturii termostatului rece, adus în
contact termic cu gazul ideal care-şi micşorează
volumul. (click pe buton)
4 – 1 a doua adiabată
3
V
•
Comprimarea adiabatică de la izoterma “caldă” la izoterma
“rece”
– Gazul ideal este izolat adiabatic şi îşi micşorează
volumul de la temperatura termostatului rece la
temperatura termostatului cald fără să schimbe
căldură cu exteriorul. (click pe buton)
Randamentul ciclului Carnot
• Se aplică legile fiecărui proces din
cadrul ciclului Carnot pentru:
Izoterma 1 – 2
Adiabata 2 – 3
Izoterma 3 – 4
Adiabata 4 – 1
•
Termostat cald
T1
p1V1  p2V2
 1
T1V2
 1
 T2V3
Qabsorbită>0
p3V3  p4V4
 1
T2V4
 1
 T1V1
Qcedată<0
T2
Ţinând cont că expresia de
definiţie a randamentului
motorului termic este:

L
Qabsorbita
Qcedata
 1
Qabsorbita
L>0
Termostat rece
acesta devine:
T2
  1  ; T2  T1
T1
Motorul ideal
• Este motorul care funcţionează cu gaz ideal parcurgând ciclul
Carnot.
• Este un motor care sugerează patru timpi, fiecare timp fiind
corespunzător fiecărui proces din cadrul ciclului Carnot
Pentru o mai bună înţelegere a felului în care ar putea funcţiona ca
motor, apasă aici
CLICK!
Două întrebări
1. De ce crezi că motorul Carnot este unul ideal?
Răspuns 1
Deoarece funcţionează cu gaz ideal, iar randamentul lui depinde
numai de temperaturile termostatelor cald şi rece (T1 şi T2). Astfel,
în principiu, randamentul motorului Carnot poate fi făcut oricât de
apropiat de valoarea 1
2. Ce utilitate are motorul Carnot dacă este unul ideal?
Răspuns 2
•Sugerează funcţionarea în patru timpi.
•Deoarece este motorul al cărui randament nu poate fi atins de nici
un motor real, este de interes ca orice motor real să aibă
randamentul cât mai apropiat de cel al unui motor Carnot. De
aceea cele mai bune motoare cu ardere internă sunt cele în patru
timpi
Test
1) Dacă lucrul mecanic efectuat asupra unui sistem termodinamic izolat termic este
pozitiv, energia internă a acestuia:
2 puncte
a) scade;
b) rămâne constantă;
…
c
)
p
o
d
)
c
r e
a
e
)
p
o
t e
ş
a
s
t e
…
…
…
…
…
…
…
…
ă
s
c
a
d
ă
s
a
u
s
ă
c
r e
a
s
c
ă
î n
f u
n
c
ţ i e
d
e
s
e
n
s
u
l
m
o
d
i f i c
ă
r i i
v
o
ă
s
c
a
d
ă
s
a
u
s
ă
c
r e
a
s
c
ă
î n
f u
n
c
ţ i e
d
e
s
e
n
s
u
l
m
o
d
i f i c
ă
r i i
p
r e
l u
m
u
l u
i ;
;
t e
s
s
i u
n
i i .
2) Pentru un sistem termodinamic oarecare: ……………. 2 puncte
a) căldura molară este invers proporţională cu cantitatea de substanţă;
b
)
c
ă
l d
c
)
c
a
p
d
)
c
ă
l d
u
r a
s
e
)
c
ă
l d
u
r a
m
u
a
r a
c
s
i t a
p
e
t e
a
p
c
e
o
ă
i f i c
c
a
c
l a
l o
i f i c
ă
r ă
p
e
s
t e
r i c
ă
e
e
o
s
o
s
t e
a
c
a
f i
n
s
o
m
t e
o
t e
n
c
i
m
e
g
t a
n
t ă
n
s
t a
o
ă
i c
a
c
n
d
ă
t i v
e
e
c
t ă
d
c
â
t
a
r a
e
ă
c
c
t e
m
a
l d
r i z
t e
u
e
a
r i a
r a
z
ă
s
r ă
;
i s
t e
m
u
l ;
l ;
m
o
l a
.
3) O maşină termică:
2 puncte
a) este un sistem termodinamic cu funcţionare ciclică;
…
…
…
…
…
…
b
)
r e
a
l i z
e
a
z
ă
t r a
n
s
f o
r m
a
r e
a
c
c
)
r e
a
l i z
e
a
z
ă
t r a
n
s
f o
r m
a
r e
a
l u
d
)
r e
a
l i z
e
a
z
ă
t r a
n
s
f o
r m
a
r e
a
e
e
)
c
n
r g
t e
r m
o
n
s
u
ă
m
e
e
i e
ă
i c
ă
ş
…
l d
c
…
u
r u
…
r i i
l u
î n
i
n
e
r g
i e
i
p
r o
d
…
m
i
u
c
…
l u
c
r u
c
a
n
e
i n
…
t e
e
m
i c
r n
e
…
e
e
c
î n
r g
…
a
n
…
ă
l d
l u
c
r u
i e
e
ş
i c
c
î n
e
n
…
l e
i
m
c
e
n
e
r g
ş
i
e
n
c
a
n
i c
r ă
u
e
ă
t r i c
i e
e
i n
r g
t e
i e
i n
r n
t e
ă
;
r n
ă
;
;
.
4) Lucrul mecanic efectuat într-un proces termodinamic: …. 2 puncte
a) nu poate modifica temperatura sistemului termodinamic;
b) poate să nu fie însoţit şi de o modificare a energiei interne;
c
)
r e
d
)
n
a
l i z
u
p
e
o
a
a
ă
z
t e
u
f i
m
n
t r a
a
i
n
m
s
a
f e
r e
r
d
e
d
e
c
e
â
n
e
t
c
r g
ă
i e
l d
t e
u
r a
r m
ă
i c
;
;
e) este egal cu aria determinată de graficul funcţiei p = f(V).
5) Unitatea de măsură SI pentru temperatură kelvinul – este definită în funcţie de
temperatura de topire a gheţii în condiţii obişnuite de temperatură, deoarece
temperatura de topire a gheţii este aceeaşi pe orice pl
1 punct
a) ambele afirmaţii sunt adevărate şi este adevărată relaţia de cauzalitate
–
a
i n
v
t ă
o
c
b
e
l e
a
a
f i r m
a
ţ i e
a
a
f i r m
a
ţ i e
e
l e
b
)
a
m
c
)
p
r i m
d
)
p
r i m
e
)
a
m
b
a
n
e
e
s
t ă
.
…
. .
;
a
a
f i r m
f i r m
a
a
ţ i
s
e
e
ţ i i
u
s
s
s
n
t
a
t e
a
t e
u
f a
n
t
d
d
e
l s
f a
ă
v
e
r a
ă
v
ă
,
l s
e
t e
t ă
r a
i a
r
,
,
a
d
a
r
i a
r
a
d
o
u
e
s
d
a
t e
o
a
u
f a
a
f i r m
l s
a
a
ă
r e
f i r m
ţ i e
l a
e
ţ i a
ţ i e
a
s
t e
a
d
d
e
c
t e
e
a
f a
v
ă
u
z
a
l s
ă
;
t ă
;
r a
l i t a
t e
i n
v
o
.
6) Din oficiu ……………………………………………………………… 1 punct
7) Total …………………………………………………………………... 10 puncte
Notă: timpul de lucru este de 30 de minute.
c
a
t ă
;