Тренажёр «КПД тепловых двигателей»

Тренажёр по теме: « КПД тепловых машин».

№1 Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 110,4 МДж потребовалось 8 кг бензина.

Дано

Ап = 110,4 МДж

q = 4,6 ·107Дж/кг

m = 8 кг

СИ

110,4· 106 Дж

Решение

=

1) Q = q·m Q = 4,6 ·107 Дж/кг 8 кг = 368·10 6 Дж

2)

=
30 % Ответ : 30 %

= ?

№2.Определите какую массу бензина употребляет двигатель автомобиля, который при КПД = 30 % выполняет полезную работу 220,8 МДж .

Дано

Ап = 220,8 МДж

q = 4,6 ·107 Дж/кг

= 30%

СИ

220,8 · 106 Дж

Решение

=
=
= 99762334_14.png

Q = q·m

2) m =

16 кг Ответ : 16 кг

m == ?

№3 На теплоходе установлен дизельный двигатель мощностью 800 кВт с КПД 30%. На сколько километров пути ему хватит 1 т дизельного топлива при скорости движения 72 км/ч? Удельная теплота сгорания дизельного топлива 43 МДж/кг.

Дано

q = 43 МДж/кг

= 30%

m = 1т

=72 км/ч

СИ

800 · 103 Вт

43 · 106 Дж/кг

0,3

1000 кг

99762334_19.png =20 м/с

Решение

=
= 99762334_23.png =

Q = q·m Ап= N·t= S=

t =

S =

322,5 км Ответ : 322,5 км

S=?

№4.Патрон травматического пистолета «Оса» 18 x 45 мм, содержит резиновую пулю массой 8,4 г. Определите КПД патрона, если пуля при выстреле приобрела скорость 140 м/с. Масса порохового заряда патрона составляет 0,18 г, удельная теплота сгорания пороха 3,8 • 106 Дж/кг.

Дано

mп =8,4 г

q = 3,8 ·106 Дж/кг

m =0,18 г

= 140 м/с

СИ

8,4 10-3 кг

0,18 10-3 кг

Решение: Ап — полезная работа, совершенная силами, действующими со стороны пороховых газов на пулю, в результате чего пуля приобрела скорость .

Ап = Ек = кинетическая энергия в момент вылета

=
=

2)

= 100%
12 %

Ответ : 12 %

= ?

№5. Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За какое время, он израсходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • МДж/кг. КПД трактора равно 3,6 % и мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

Дано

q = 30 МДж/кг

m = 5 кг

= 3,6 %

СИ

1,5 · 103 Вт

30 · 106 Дж/кг

Решение

=
=

Q = q·m Ап= N t

t =

t = = 3600 с = 1ч

Ответ: 1 час.

t =?

№6. Какое количество древестного угля потребуется , чтобы нагреть в самоваре воду, емкостью 3л, от температуры 2100 °С 4 °С до температуры 100 °С. КПД равно 25%. Ответ дайте в кг. q = 34 МДж/кг

Дано

= 1000кг/ м3

t1=100 °С

t2=100 °С

q = 4,6 ·107 Дж/кг

= 25%

q = 34 МДж/кг

СИ

3 · 10-3 м3

0,25

34 Дж/кг

Решение

=
=
=

Q = q·m =

m =

Ответ :

m == ?

№7Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 23МДж, и при этом. КПД этого двигателя равно 25% Вычислите. Сколько израсходовали бензина?

Дано

Ап = 23 МДж

q = 4,6 ·107 Дж/кг

= 25%

СИ

23 · 106 Дж

Решение

=
=
=

Q = q·m

2) m =

2 кг Ответ : 2 кг

m = ?

№8 За 3 ч пробега автомобиль, КПД которого равен 25%, израсходовал 24 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля при этом пробеге?

Дано

= 25 %

m = 24 кг

t=3 ч

q = 4,6 ·107 Дж/кг

СИ

3· 3600=10800с

Решение

= Q = q·m Ап = N t
=

= = 25556Вт

Ответ: 26 кВт

=?

Опубликовано вкл 13.03.2016 — 22:02Автор: Леонов Андрей

Огромную роль в развитии логического мышления играют физические задачи.Процесс решения задач похож на небольшое исследование. Как в настоящем научном исследовании, заранее далеко не всегда ясно, какой должна быть последовательность действий для получения результата.В работе рассматривается теоретический материал по теме «Тепловые двигатели» и дается подборка задач разного уровня сложности по теме «КПД тепловых двигателей» с подробным анализом и решениями.. Материал, изложенный в проекте, поможет учащимся для подготовки к ЕГЭ по теме «КПД тепловых двигателей»

Скачать:

Вложение Размер
x-office-presentation.pngprezentatsiya.pptx 2.12 МБ
x-office-presentation.pngtest_1.pptm 464.15 КБ
Проект . Создание банка задач на тему «Тепловые двигатели» 1.47 МБ
Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Слайд 1

Принцип действия тепловых двигателей. Леонов Андрей 11класс

Слайд 2

Тепловой двигатель — это устройство, где часть внутренней энергии топлива превращается в механическую энергию. В тепловых двигателях используется повышение внутренней энергии газа, которое достигается при сжигании топлива.

Слайд 3

Тепловые машины Тепловые двигатели Турбинные двигатели Поршневые двигатели Реактивные двигатели газовые паровые Дизель- ные Карбюра- торные Воздушно- реактивные ВРД Пороховые ПРД Жидко- реактивные ЖРД

Слайд 5

Нагреватель, Холодильник, Рабочее тело

Слайд 7

Цикл КАРНО

Слайд 8

Температура холодильника равна . Какова должна быть температура нагревателя, чтобы стало возможным достичь значения КПД теплового двигателя, равное 85% ? Дано: СИ Нагреватель, Холодильник, Рабочее тело

Слайд 9

Газ , находящийся под поршнем под давлением 3 атм , получил от нагревателя 600 Дж теплоты. При этом газ изобарно расширился от 1 л до 1,5 л. Найдите коэффициент полезного действия. Дано: СИ

Слайд 10

Газ , находящийся под поршнем под давлением 3 атм , получил от нагревателя 600 Дж теплоты. При этом газ изобарно расширился от 1 л до 1,5 л. Найдите коэффициент полезного действия. Дано:

Слайд 11

Самостоятельно!!! Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 45 МДж. Если КПД этого двигателя составляет 55%, то, сколько литров бензина было израсходовано на совершение данной работы? Плотность бензина равна Дано: СИ

Слайд 12

Влияние тепловых двигателей на окружающую среду При сгорании топлива в тепловых двигателях в атмосферу выбрасываются: сернистые соединения; оксид углерода; оксид азота; пыль ; сажа ; соединение свинца Выбросы содержат такие металлы, как свинец, ртуть, ванадий, никель , а также радиоактивные элементы .

Слайд 13

Создание экологически чистого транспорта Перспективными являются : э лектромобили; двигатели, работающие на смеси водорода и кислорода ; а втомобили, работающие на солнечной энергии .

Слайд 14

Основные Выводы Тепловой двигатель – это устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую. Коэффициент полезного действия теплового двигателя – это отношение полезной работы, совершенной двигателем к количеству теплоты, полученному от нагревателя. Максимальное значение КПД для данного теплового двигателя: ; ≥ 1 .

Слайд 15

Спасибо за внимание!

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Как нарисовать ветку ели?

Карандаши в пакете

Сказка на ночь про Снеговика

Как напиться обезьяне?

Военная хитрость

Содержание:

Трактовка понятия

Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где:

  • А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор;
  • А2 — общий цикл работы;
  • η — обозначение КПД.

Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы.

В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где:

  • Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента;
  • Q2 — теплота, отданная холодильной установке.

Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания.

Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса.

Мощность разных устройств

По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности.

При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря.

Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования:

  1. Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.
  2. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%.

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

  • простое изготовление;
  • низкая цена;
  • надёжность;
  • незначительные эксплуатационные затраты.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Значения показателя

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

  • подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
  • применение специального топлива;
  • замена некоторых деталей;
  • перенос места сжигания бензина.

КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке.

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

  • тяжесть — mg;
  • реакция опоры — N;
  • трение — Ftr;
  • тяга — F.

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Еще тесты

Читайте также

Равноускоренное движение — формулы и примеры задач с решениямиУчебные фильмы по физике для школьников — список обучающих и научно-популярных работУдельная теплота сгорания — формула, физический смысл и решение задачИстория изобретения радио — основные принципы работы, виды и значение открытия

Используемые источники:

  • https://videouroki.net/razrabotki/trienazhior-kpd-tieplovykh-dvighatieliei.html
  • https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2016/03/13/sozdanie-banka-zadach-s-resheniyami-po-teme
  • https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html