Vypracovala : B. Horváthová
Majme plyn uzavretý v nádobe s pohyblivým piestom . Plyn pôsobí
na piest tlakovou silou F a pri zväčšovaní svojho objemu o ΔV = V2 – V1
(izobarickom deji ) vykoná prácu W´=F . Δs = p.S. Δx = p . ΔV
W´= p . ΔV Práca vykonaná plynom pri izobarickom deji sa rovná súčinu tlaku plynu a prírastku jeho objemu.Pri expanzii ( rozpínaní ) koná plyn prácu, pri kompresii ( stláčaní ) plynu konajú prácuvonkajšie sily. Tepelný stroj využívajúci prácu plynu môže trvalo pracovať iba vtedy, ak sa plyn vždy po ukončení expanzie vráti do pôvodného stavu. Dej, pri ktorom je konečný stav sústavy totožný so začiatočným stavom sústavy, sa nazýva kruhový ( cyklický ) dej. Graficky môžeme prácu znázorniť pV diagramom.Práca vykonaná plynom pri expanzii je znázornená obsahom plochy A1BV2V1.
Plocha A2BV2V1 znázorňuje prácu vykonanú vonkajšími silami pri kompresii plynu.
Celkovú prácu vykonanú plynom počas jedného cyklu kruhového deja znázorňuje v pV diagrame obsah plochy vnútri krivky A1B2. Na princípe kruhového deja pracujú tepelné stroje ( motory a chladiace stroje ).Celková zmena vnútornej
energie plynu po ukončení jedného cyklu je nulová. Teleso, od ktorého plyn prijme počas jedného cyklu teplo Q1, sa nazýva ohrievač; teleso, ktorému látka odovzdá teplo sa nazýva chladič. Celkové teplo prijaté plynom počas jedného cyklu Q = Q1 – Q2. Z 1. Termodynamického zákona platí, že W´= Q.
Celková práca W´, ktorú vykoná plyn počas jedného cyklu kruhového deja, rovná sa celkovému teplu Q = Q1 – Q2 , ktoré prijme počas tohto cyklu od okolia.
Účinnosť η ľubovoľného kruhového deja sa vyjadruje vzťahom :
Účinnosť je vždy menšia ako 1, alebo menej ako 100 %.
Tepelný stroj z tepla prijatého od ohrievača môže iba časť využiť na konanie práce. Zvyšok tepla odovzdá pracovná látka chladiču. Tento poznatok vyjadruje druhý termodynamický zákon:
Nemožno zostrojiť periodický pracujúci tepelný stroj, ktorý by teplo od istého telesa ( ohrievača ) iba prijímal a vykonával rovnako veľkú prácu.
Takýto stroj sa nazýva perpetuum mobile druhého druhu. Takýto stroj by mal veľký praktický význam, lebo by mohol trvalo konať prácu iba ochladzovaním jediného telesa ( napr. mora ). Podľa 2. zákona zostrojiť takýto stroj nie je možné.
Tepelné motory:
sú stroje, ktoré premieňajú časť vnútornej energie paliva uvoľnenej jeho horením na mechanickú energiu.Delíme ich na :
parné motory (parný stroj, turbína)
spaľovacie motory (zážihový motor, vznetový motor, raketový motor.)
Parné motory majú pracovnú látku vodnú paru. Pri spaľovacích motorov je pracovnou látkou plyn, ktorý vzniká horením paliva. Zážihový motor na benzín ako prvý skonštruoval v roku 1860 Belgičan Lenoir (lenuár.) Vznetový motor na naftu vynašiel nemecký inžinier Diesel ( dýzl .)
V roku 1824 francúzsky inžinier Sadi Carnot (karno, 1790 – 1832) dokázal, že pre maximálnu účinnosť tepelného motora platí vzťah:
Tento vzťah určuje hornú hranicu účinnosti tepelných strojov. Podľa tohoto vzťahu je účinnosť tepelného stroja tím väčšia, čím väčšia je teplota ohrievača (napríklad teplota pary parních strojov alebo teplota plynov vznikajúcich spaľovanám paliva) a čím nižšia je teplota chladiča (napríklad teplota vychádzajúcej pary z parného stroja alebo výfukov ých plynov motorov). Skutočná účinnosť tepelného stroja je vždy menšia ako horná hranica účinnosti. Príčinnou sú vznikajúce tepelné straty. Napr. parná turbína pracuje medzi teplotami približne 800 K a 320 K.Maximálna účinnosť je približne 60 %, skutočná účinnosť je asi 25 až 35 %.
Tabuľka účinnosti niektorých motorov
- vysoká účinnosť raketových motorov je hlavne spôsobená vysokou teplotou plynov
- vyššia účinnosť vznetových motorov v porovnaní so zážihovými motormi je spôsobená hlavne tým, že u vznetových motorov sa plyn zahrieva už kompresiou a spaľovaním nafty se jeho teplota eště zvyšuje.
Použitá literatúra: Vladimír Lank , Miroslav Vondra- Fyzika v kocke pre stredné školy ; Gobel, Schulze-fyzika pre maturantov ; Fyzika pre 2. ročník gymnázia Svoboda, Baník