Физика. 10 класс

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — отношение полезно используемой энергии Е_полезн к общему количеству энергии Е, получаемому системой:

 

Определяемый таким образом КПД тепловых двигателей называют эффективным КПД. При этом Е = Q_полн, где Q_полн — количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива.

Степень совершенства преобразования определённой части внутренней энергии нагревателей в механическую работу, происходящего в цилиндрах теплового двигателя, характеризуют термическим (термодинамическим) коэффициентом полезного действия.

Термический коэффициент полезного действия теплового двигателя — отношение работы А_ц, совершаемой рабочим телом за цикл, к количеству теплоты Q₁, полученному им от нагревателя:

 

Если Q₂ — количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику (Q₂ < 0), то А_ц = Q₁ + Q₂ = Q₁ – |Q₂| и

Из формулы (15.1) следует, что термический КПД теплового двигателя зависит от процессов, в которых участвует рабочее тело, и всегда меньше единицы.

Реальные тепловые двигатели имеют следующие средние значения термического КПД: дизельный двигатель — 40 %; газотурбинные установки — 25–30 %; паровая турбина — 40 %.

В автомобильных двигателях внутреннего сгорания эффективный коэффициент полезного действия определяют по экспериментальной механической мощности Р двигателя и сжигаемому за единицу времени количеству топлива. Так, если за промежуток времени Δt сожжено топливо массой m, имеющее удельную теплоту сгорания q, то