Transcript II zasad termodynamiki Wyk. Agata Niezgoda Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Silniki cieplne Silniki cieplne to silniki, w których ciepło.

II zasad termodynamiki
Wyk. Agata Niezgoda
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Silniki cieplne
Silniki cieplne to silniki, w których
ciepło uzyskane ze spalania paliwa
zamieniane jest na pracę
mechaniczną. Napędzają wiele
rodzajów pojazdów, generatorów
i maszyn.
W obecnych czasach silniki cieplne są
najczęściej używanymi silnikami.
Wysokoprężny silnik Diesla
Modele silników cieplnych
Model silnika dwusuwowego
Model silnika czterosuwowego
z zapłonem iskrowym
Model silnika wysokoprężnego
Silnik Diesla
Rudolf Diesel
Pierwszy zbudowany w 1897 roku
silnik Diesla jest silnikiem stacjonarnym.
Od 1912 roku silniki takie są stosowane
również w lokomotywach.
Schemat budowy czterosuwowego silnika
z zapłonem samoczynnym (Diesla)
Cylinder takiego silnika składa się
z 2 kanałów: dolotowego
i wylotowego, zamykanych
zaworami. Paliwo (olej napędowy)
dostarczany jest za pomocą pompy
wtryskowej. W środku cylindra
znajduje się tłok, który połączony
jest z wałem korbowym przez
korbowód. Wał korbowy
przekazuje napęd do skrzyni
biegów itd.
Etapy jednego cyklu pracy
silnika
I etap – Ssanie
Zawór dolotowy zostaje otwarty, tłok
przesuwa się na dół i zasysane jest
powietrze do środka cylindra.
Tłok osiąga maksymalnie najniższe
położenie i wówczas zawór się
zamyka.
II etap – Sprężanie
Zawór dolotowy i wylotowy są zamknięte. Tłok
przemieszcza się bardzo szybko do góry,
powodując adiabatyczne sprężanie się
powietrza. Cylinder nie jest wykonany
z materiału izolującego, ale w czasie jednego
cyklu przekazuje do otoczenia znikomą ilość
ciepła. W wyniku sprężania ciśnienie gazu
rośnie, a co za tym idzie rośnie również jego
temperatura.
Siły sprężające gaz, wykonują pracę W1.
Gdy tłok znajdzie się na samej górze, następuje
wtrysk paliwa do cylindra.
III etap – Spalanie i praca
Zawory nadal są zamknięte. Następuje wtrysk
paliwa do rozgrzanego powietrza w cylindrze
co powoduje jego samozapłon. Wzrasta
temperatura powietrza i spalin w cylindrze.
Wzrost temperatury powoduje wzrost
ciśnienia wewnątrz cylindra. Tłok porusza się
w dół a spalanie nadal trwa, co sprawia, że
pomimo wzrostu objętości przestrzeni nad
tłokiem, ciśnienie spalin się nie zmienia.
III etap – Spalanie i praca
Ciepło Q1 dostarczone do silnika pochodzi
z procesu spalania paliwa. Gazy
spalinowe, rozprężając się adiabatycznie,
wypychają tłok, wykonując pracę W2
(W2<0) kosztem energii wewnętrznej
spalin. Z tego powodu temperatura
spalin zmniejsza się.
Gdy tłok osiągnie skrajne dolne położenie,
otwiera się zawór wylotowy.
IV etap – Wydech
Zawór otwiera się, ciśnienie
spalin gwałtownie maleje.
Tłok unosi się ku górze
i wypycha gorące spaliny
z cylindra, ciepło wydalane
jest na zewnątrz układu
i równe jest Q1.
Tłok powraca do stanu
początkowego i cykl może się
powtarzać.
Reasumując
 Powietrze w cylindrze sprężane jest
przez siły zewnętrzne W1 (W1>0),
 Silnik pobiera ciepło ze spalania
paliwa równe Q1(Q1 >0),
 Gorące spaliny wykonują pracę W2
(W2<0), kosztem tylko części
uzyskanego ciepła, reszta ciepła
Q2(Q2 <0) wydalana jest wraz ze
spalinami do otoczenia podczas
wydechu.
Powyższe rozważania są bardzo uproszczone ale pozwalają
zrozumieć ideę pracy silnika spalinowego.
Na podobnej zasadzie działa czterosuwowy silnik benzynowy
z zapłonem iskrowym. Podstawowa różnica polega na tym,
że w silniku iskrowym paliwo jest pobierane wraz
z powietrzem. Sprężana jest zatem mieszanka paliwowopowietrzna, a nie samo powietrze. Sprawia to, że stopień
sprężania w silniku iskrowym jest mniejszy niż w silniku
Diesla. Podczas sprężania mieszanki rośnie jej temperatura
i gdyby stopień sprężenia był zbyt duży, mógłby nastąpić
samozapłon zanim tłok znalazłby się w górnym skrajnym
położeniu.
Niektóre silniki Diesla wyposażone są w dodatkową sprężarkę
powietrza (tzw. turbodiesel). Uzyskuje się w nich wyższy
stopień sprężania, a zatem i większą moc takiego silnika.
Silnik paliwowy
II zasada termodynamiki
Niemożliwe jest zbudowanie silnika cieplnego, który będzie
wykonywał pracę, pobierając ciepło tylko ze źródła ciepła, bez
możliwości przekazywania energii do chłodnicy o niższej
temperaturze.
Inne sformułowanie II zasady termodynamiki
Niemożliwy jest proces, którego jedynym rezultatem jest przekazanie
energii w postaci ciepła od ciała o temperaturze niższej do ciała
o temperaturze wyższej.
Bibliografia
 D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, cz. 2, wyd.
PWN, Warszawa 2003
 P. Walczak, G. F. Wojewoda, Fizyka i astronomia, zakres
podstawowy, podręcznik, cz. 2, wyd. OPERON, Gdynia 2007
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!!!