Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

F4 - KRUHOVÝ DĚJ Mgr. Monika Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "F4 - KRUHOVÝ DĚJ Mgr. Monika Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním."— Transkript prezentace:

1 F4 - KRUHOVÝ DĚJ Mgr. Monika Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ 1 FYZIKA PRO II. ROČNÍK GYMNÁZIA

2 1) práce vykonaná plynem při stálém a proměnném tlaku 2)kruhový děj 3)druhý termodynamický zákon 4)tepelné motory

3 4. 1. PRÁCE PLYNU PŘI STÁLÉM TLAKU • při expanzi koná práci plyn (∆V > 0) • při kompresi konají práci vnější síly (∆V < 0) Př.: Plyn uzavřený v nádobě s pohyblivým pístem. • tlaková síla • práce vykonaná plynem Práce plynu při konstantním tlaku: ∆s S F

4 Práce vykonaná plynem při izobarickém ději je rovna součinu tlaku plynu a přírůstku jeho objemu PRÁCE PLYNU PŘI STÁLÉM TLAKU

5 Práce plynu vyjádřená graficky: (pracovní diagram) Práce plynu vykonaná při izobarickém ději, při němž přejde plyn ze stavu A do stavu B, je znázorněna obsahem plochy ležící pod izobarou. p V 0 V1V1 ∆VV2V2 AB W´ PRÁCE PLYNU PŘI STÁLÉM TLAKU

6 p V 0 V1V1 ∆V V2V2 p1p1 p 12 p2p2 A B PRÁCE PLYNU PŘI PROMĚNNÉM TLAKU

7 Práce vykonaná plynem při zvětšení jeho objemu je v p-V diagramu znázorněna obsahem plochy, která leží pod příslušným úsekem křivky p = f(V). p V 0 V1V1 ∆V V2V2 A B p1p1 p 12 p2p2 p V 0 V1V1 V2V2 W´ A B PRÁCE PLYNU PŘI PROMĚNNÉM TLAKU

8 105/3 Jakou práci vykoná plyn při stálém tlaku 0,15 MPa, jestliže se jeho objem zvětší o 2,0 l? 105/4 Jakou práci vykoná plyn, jestliže se jeho původní objem 0,2 m 3 při stálém tlaku 0,5 MPa ztrojnásobí? PRÁCE PLYNU - Řešte úlohy:

9 105/5 Vodík má hmotnost 5 kg a teplotu O °C. O kolik se musela zvýšit jeho teplota, aby při izobarickém ději vykonal práci 37,4 kJ? [300 J] [0,2 MJ] PRÁCE PLYNU - Řešte úlohy:

10 4. 2. KRUHOVÝ (CYKLICKÝ) DĚJ je termodynamický děj, při kterém pracovní látka • koná práci • a vrací se do výchozího stavu. V p-V diagramu je znázorněn uzavřenou křivkou. p 0 V1V1 V2V2 V

11 4. 2. KRUHOVÝ (CYKLICKÝ) DĚJ p 0 V1V1 V2V2 V A C B expanze A → B → C • plocha V 1 ABCV 2 (práce vykonaná plynem při expanzi)

12 4. 2. KRUHOVÝ DĚJ p 0 V1V1 V2V2 V A C B expanze A → B → C • plocha V 1 ABCV 2 (práce vykonaná plynem při expanzi) komprese C → D → A • plocha V 1 ADCV 2 (práce vykonaná okolními tělesy) D

13 4. 2. KRUHOVÝ DĚJ p 0 V1V1 V2V2 V A C B Obsah plochy uvnitř křivky znázorňuje užitečnou práci vykonanou plynem. Celková změna VE pracovní látky po ukončení jednoho cyklu je nulová. ∆U = 0 D W´

14 ohřívač těleso, od kterého pracovní látka příjme teplo Q 1, T 1 - teplota ohřívače KRUHOVÝ DĚJ ohřívač PL T1T1 Q1Q1

15 ohřívač těleso, od kterého pracovní látka příjme teplo Q 1, T 1 - teplota ohřívače chladič těleso, kterému pracovní látka předá teplo Q 2, T 2 - teplota chladiče KRUHOVÝ DĚJ ohřívač chladič PL T1T1 W´= Q 1 - Q 2 Q1Q1 Q2Q2 T2T2

16 1. termodynamický zákon: KRUHOVÝ DĚJ ohřívač chladič PL T1T1 W´= Q 1 - Q 2 Q1Q1 Q2Q2 T2T2

17 Celková práce W´, kterou vykoná pracovní látka během jednoho cyklu, se rovná celkovému teplu Q, které příjme během tohoto cyklu od okolí. Účinnost η kruhového děje je dána vztahem: KRUHOVÝ DĚJ

18 • je nejznámějším příkladem vratného kruhového děje • skládá se ze čtyř fází: expanze 1. izotermická KRUHOVÝ DĚJ – CARNOTŮV CYKLUS p 0 V V1V1 V2V2 A B 1 - izoterma p1p1 p2p2

19 • je nejznámějším příkladem vratného kruhového děje • skládá se ze čtyř fází: expanze 1. izotermická 2. adiabatická KRUHOVÝ DĚJ – CARNOTŮV CYKLUS p 0 V V1V1 V2V2 A B 1 - izoterma p1p1 p2p2 C 2 - adiabata p3p3 V3V3

20 • je nejznámějším příkladem vratného kruhového děje • skládá se ze čtyř fází: expanze 1. izotermická 2. adiabatická komprese 3. izotermická KRUHOVÝ DĚJ – CARNOTŮV CYKLUS p 0 V V1V1 V2V2 A B 1 - izoterma p1p1 p2p2 C 2 - adiabata p3p3 V3V3 D V4V4 p4p4 3

21 • je nejznámějším příkladem vratného kruhového děje • skládá se ze čtyř fází: expanze 1. izotermická 2. adiabatická komprese 3. izotermická 4. adiabatická KRUHOVÝ DĚJ – CARNOTŮV CYKLUS p 0 V V1V1 V2V2 A B 1 - izoterma p1p1 p2p2 C 2 - adiabata p3p3 V3V3 D V4V4 p4p4 3 4

22 Účinnost není závislá na druhu použitého plynu KRUHOVÝ DĚJ – CARNOTŮV CYKLUS p 0 V A B C D W´ Q1Q1 Q2Q2 ∆Q = 0

23 Termodynamické děje lze rozdělit na vratné (reverzibilní) děje – původního stavu lze dosáhnout obrácením pořadí jednotlivých úkonů. nevratné (ireverzibilní) děje – probíhají bez vnějšího působení pouze v jednom směru. K dosažení původního stavu je nutno vynaložit určitou energii, která nepatří dané soustavě. V přírodě jsou všechny reálné děje nevratné KRUHOVÝ DĚJ

24 3.103 Na obr. je nakreslen graf kruhového děje s ideálním plynem v diagramu p-V. Sled stavů plynu je ABCA. Určete a) práci, kterou plyn vykoná při ději zobrazeném úsečkou AB, b) práci, kterou plyn vykoná při ději zobrazeném úsečkou CA, c) práci, kterou plyn vykoná při kruhovém ději ABCA. KRUHOVÝ DĚJ - Řešte úlohy:

25 3.104 Na obr. je nakreslen graf kruhového děje s ideálním plynem v diagramu p–V. Sled stavů plynu je ABCDA. Určete a) práci, kterou plyn vykoná při ději zobrazeném úsečkou AB, b) práci, kterou plyn vykoná při ději zobrazeném úsečkou BC, c) celkovou práci vykonanou při kruhovém ději ABCDA. KRUHOVÝ DĚJ - Řešte úlohy:

26 TEPELNÉ MOTORY Periodicky pracující stroje fungující na principu kruhových dějů v plynu. Tepelný motor o přijímá teplo od teplejšího tělesa (ohřívače), • část z něj odevzdá chladnějšímu tělesu (chladiči) • část přemění na mechanickou práci. ohřívač chladič PL T1T1 W´= Q 1 - Q 2 Q1Q1 Q2Q2 T2T DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

27  1. TDZ nedovoluje určit směr, ve kterém může TD děj probíhat.  Je možný přenos tepla z teplejšího tělesa na chladnější, ale taky naopak. Perpetuum mobile 1. druhu: není možné sestrojit periodicky pracující stroj, který by měl výkon vetší než příkon. ohřívač PL T1T1 Q1Q1 chladič Q2Q2 T2T2 W´= Q 1 - Q DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

28 1.TDZ umožňuje sestrojit Perpetuum mobile (2. druhu) Cyklicky pracující stroj pracující podle tohoto schématu. (Mohl by trvale pracovat jen ochlazováním jednoho tělesa.) ohřívač PL T1T1 W´= Q 1 Q1Q DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

29 W. Thomsonova a Planckova formulace Není možné sestrojit periodicky pracující tepelný stroj, který by jen přijímal teplo od ohřívače a vykonal stejně velkou práci DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

30 W. Thomsonova a Planckova formulace Obr.: 1 - William Thomson - lord KelvinObr.: 2 - Max Planck DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

31 Clausiova formulace Není možné, aby studenější těleso samovolně předávalo teplo tělesu teplejšímu. Obr.: 3 - Rudolf Clausius DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

32 W. Thomsonova a Ostwaldova formulace Nelze sestrojit perpetum mobile druhého druhu. Obr.: 4 - Wilhelm Ostwald DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

33 Carnotova formulace Žádný tepelný stroj pracující mezi dvěma teplotami nemůže mít vyšší účinnost než Carnotův stroj pracující mezi stejnými teplotami. Obr.: 5 - Sadi Carnot DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

34 TŘETÍ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON vyjadřuje nedosažitelnost absolutní nuly. Popisuje chování látek v blízkosti absolutní nulové teploty (DRUHÝ) TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

35 přeměňují část vnitřní energie paliva v mechanickou energii (hořením, při jaderných reakcích,…) Skládají se ze tří části: 1.pracovní látky 2.ohřívače 3.chladiče TEPELNÉ MOTORY

36 Rozdělení: A)Parní motory pracovní látkou je vodní pára z parního kotle. B)Spalovací motory pracovní látkou je plyn, vznikající hořením paliva uvnitř motoru TEPELNÉ MOTORY

37 A)Parní motory parní stroj první tepelný motor vhodný pro využití v průmyslu a dopravě (konec 18. stol. James Watt) Obr.: 6

38 A)Parní motory TEPELNÉ MOTORY Obr.: 7 - Animované schéma práce stroje.

39 A)Parní motory TEPELNÉ MOTORY 1 - Píst 2 - Pístní tyč 3 - Křižák 4 - Ojnice 5 - Klika čepu ojnice 6 - Excentrický mechanismus (jednoduchý vnější rozvod) 7 - Setrvačník 8 - Šoupátko 9 - Wattův odstředivý regulátor. Schematický popis jednoválcového parního stroje. Obr.: 8

40 A)Parní motory parní turbína soustava kol s lopatkami, na které dopadá pára a roztáčí je TEPELNÉ MOTORY Obr.: 9

41 B) Spalovací motory pracovní látkou je plyn, vznikající hořením paliva uvnitř motoru. Rozdělení: 1)zážehový • čtyřdobý • dvoudobý • trojdobý TEPELNÉ MOTORY 2)vznětový 3)proudový 4)raketový

42 Princip: 1.sání – otevře se sací ventil a do válce se nasaje směs paliva a vzduchu, ventil se uzavře 2.komprese – píst stlačí nasátou směs a svíčka ji jiskrou vznítí 3.výbuch – expanze – směs vybuchne a zatlačí na píst 4.výfuk – otevře se výfukový ventil a vyhořelá směs je pístem vytlačena ven Cyklus se opakuje TEPELNÉ MOTORY – (1) zážehový - čtyřdobý pracovní látkou je směs benzínových par a vzduchu. Obr.: 10

43 Popište princip: TEPELNÉ MOTORY – (1) zážehový - čtyřdobý Obr.: 11

44 Pracovní fáze motoru: • sání a komprese ◦Píst se pohybuje směrem nahoru. ◦Vzniká podtlak, tím se nasaje do klikové skříně zápalná směs. ◦Uzavírá se výfukový a přepouštěcí kanál. ◦Směs v prostoru nad pístem se stlačuje, nastává komprese. Obr.: TEPELNÉ MOTORY – (1) zážehový- dvoudobý

45 Pracovní fáze motoru: • expanze a výfuk ◦Před horní úvratí přeskočí jiskra, nastává zážeh a expanze. ◦Expanzí je píst tlačen dolů. ◦Spodní hrana pístu uzavírá sací kanál. ◦Směs v klikové skříni se pohybem pístu stlačuje. ◦Při dalším pohybu pístu otevírá horní hrana pístu výfukový kanál, pak i přepouštěcí kanál a stlačená směs začne vytlačovat zplodiny a dostává se do prostoru nad píst. Obr.: TEPELNÉ MOTORY – (1) zážehový- dvoudobý

46 Vizualizace přibližuje význam správně vyladěného výfuku - sledujte proudění zeleně vyznačené čerstvé směsi. Obr.: 13

47 4. 4. TEPELNÉ MOTORY – (1) zážehový - dvoudobý Použití (benzínové motory malých výkonů): • jednostopá motorová vozidla - mopedy, skútry, • starší automobily - Trabant, Wartburg • motorové pily, křovinořezy, sekačky na trávu

48 rotační stroje - Wankelův motor; cyklicky se zvětšuje a zmenšuje prostor mezi válcem a pístem, těžiště se rovnoměrně otáčí TEPELNÉ MOTORY – (1) zážehový - trojdobý Obr.: 15 Obr.: 14 - Felix Wankel

49 Automobilový průmysl: Citroen Dnes • japonská Mazda ve sportovních automobilech • ruská Lada ve vozidlech ozbrojených složek Ruska TEPELNÉ MOTORY – (1) zážehový - trojdobý Obr.: 16

50 dieselový motor - naftový motor - Dieselův motor • palivo – nafta • tzv. kompresní zapalování • výhodou je velká tažná síla při nízkých otáčkách TEPELNÉ MOTORY – (2) vznětový Obr.: 17 - Rudolf Diesel

51 Pracuje jako čtyřdobý nebo dvoudobý spalovací motor. Pracovní fáze čtyřdobého vznětového motoru: 1.Sání • píst se pohybuje směrem dolů • přes sací ventil nasává vzduch. 2.Komprese • oba ventily jsou uzavřené • píst se pohybuje nahoru a stlačuje nasátý vzduch (zmenšuje se objem, zvětšuje se tlak a teplota) • do válce je vstříknuto palivo TEPELNÉ MOTORY – (2) vznětový

52 3.Expanze • oba ventily jsou uzavřené • směs paliva a vzduchu se vznítí a hoří • zvýší se teplota i tlak vzniklých plynů • ty expandují a během pohybu pístu směrem dolů konají práci 4.Výfuk • píst se pohybuje nahoru • výfukový ventil je otevřený • splodiny z pracovního prostoru válce jsou vytlačovány ven TEPELNÉ MOTORY – (2) vznětový

53 • princip akce a reakce • palivo – kerosin (podobný petroleji) TEPELNÉ MOTORY – (3) proudový Obr.: 18 - Frank Whittle

54 části • turbodmychadlo, kterým vstupuje vzduch • kompresor vzduch stlačí • spalovací komora – do stlačeného vzduchu se vstříkne palivo, zažehnutím směsi se uvolní energie a vznikající horké plyny vycházejí ze spalovací komory a roztáčejí turbínu v zadní části motoru • (+) velká účinnost, (–) hluk a spotřeba TEPELNÉ MOTORY – (3) proudový Obr.: 19

55 4. 4. TEPELNÉ MOTORY – (3) proudový Obr.: 20

56 • akce a reakce… • pracuje i ve vzduchoprázdnu (mimo atmosféru) • použití: vynesení družic, kosmických sond na oběžnou dráhu, pohon raketoplánu • má zásoby paliva a kyslíku (zápalná směs) • pevné palivo – připravené předem (použití u pomocných raketových motorů, které se po dosažení rychlosti odhazují) • tekuté palivo – v oddělených zásobnících, lépe se o vládá TEPELNÉ MOTORY – (4) raketový

57 • pevné palivo TEPELNÉ MOTORY – (4) raketový Obr.: 21

58 Raketoplán používá dva pomocné motory na tuhé palivo TEPELNÉ MOTORY – (4) raketový Obr.: 22

59 4. 4. TEPELNÉ MOTORY – (4) raketový • tekuté palivo • výkonnější, účinnější, složitější. • využívá dvě nádrže – na palivo a okysličovadlo Obr.: 23

60  Tepelné motory pracují cyklicky v tzv. rozpojeném cyklu (po expanzi je plyn vypuzován a komprimuje se nová dávka).  Expanzní práce plynu je větší než práce kompresní, kterou s plynem konají vnější síly TEPELNÉ MOTORY

61  maximální účinnost tepelného motoru pracujícího mezi teplotami T 1 a T 2 je:  účinnost je tím větší, čím • je teplota ohřívače • je teplota chladiče TEPELNÉ MOTORY větší menší

62 4. 4. TEPELNÉ MOTORY

63 3.105 Určete maximální účinnost parního stroje, který pracuje s párou teploty 177 °C a jehož chladič má teplotu 42 °C Jaká je teplota chladiče parního stroje, je-li při teplotě páry 200 °C jeho účinnost 21 %? ÚČINNOST- Řešte úlohy:

64 3.107 Carnotův tepelný stroj má účinnost 12 %. Určete teplo- tu ohřívače a teplotu chladiče, je-li rozdíl jejich teplot 40 °C Carnotův tepelný stroj, jehož ohřívač má teplotu 127 °C, nabere při každém cyklu teplo 20 kJ a odevzdá chladiči teplo 16 kJ. Určete teplotu chladiče. ÚČINNOST- Řešte úlohy:

65 3.109 Tepelný stroj má při teplotě chladiče 7 °C účinnost 40 %. Tato účinnost má být zvýšena na 50 %. O jakou hodnotu se musí zvýšit teplota ohřívače? Plyn v tepelném stroji přijal během jednoho cyklu od ohřívače teplo 5,6 MJ a odevzdal chladiči teplo 4,7 MJ. Jakou práci při tom vykonal? Jaká je účinnost tohoto stroje? ÚČINNOST- Řešte úlohy:

66 Použitá literatura Literatura: BARTUŠKA, K., SVOBODA,E. Molekulová fyzika a termika, Fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, ISBN LEPIL, O. Sbírka úloh pro střední školy. Fyzika Praha: Prometheus, ISBN Obrázky: Obrázky [online]. [cit ]. Dostupné z: [1] - William_Thomson_1st_Baron_Kelvin.jpg [2] - [3] - [4] - [5] - [6] - [7] - [8] - Steam_engine_nomenclature.png

67 Použitá literatura Obrázky [online]. [cit ]. Dostupné z: [9] - [10] - [11] - jaky-je-rozdil-mezi-motory [12] - [13] - [14] - [15] - [16] - [17] - [18] - [19] - BARTUŠKA, K., SVOBODA,E. Molekulová fyzika a termika, Fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, ISBN Obrázky [online]. [cit ]. Dostupné z: [20] - [21] - [22] - Space_Shuttle_Columbia_launching.jpg [23] - [online]. [cit ]. Dostupné z:

68 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“


Stáhnout ppt "F4 - KRUHOVÝ DĚJ Mgr. Monika Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním."

Podobné prezentace


Reklamy Google