Legile de baza ale functionalitații mașinilor termice

Legile de baza ale functionalitații mașinilor termice

Mașinile termice au la baza lor de funcționare principiile I si II ale termodinamicii.

Principiul I stabilește legatura dintre cantitatea de caldurșa produsa si energia mecanica absorbita sau invers. Intre o cantitate de caldura Q si lucru mecanic L din care a provenit vom avea relatia de echivalenta:

L = f * Q

unde f este numit echivalentul mecanic al caloriei.

Principiul I al termodinamicii se enunta astfel: Intr-un sistem perfect izolat, suma energiilor de orice fel pe care le contine ramine constanta.

Bazindu-ne pe aceasta afirmatie pentru a deduce ca daca dam un corp o cantitate de caldura DQ peste cea pe care o avea initial, aceasta energie suplimentara poate sa aibe urmatoarele manifesta:

1.     sa oblige corpul sa execute un lucru mecanic L exterior

2.     sa ridice temperatura corpului

3.     sa modifice structura interna a corpului

In concluzie, din caldura DQ data corpului o parte se va transforma in DL care se manifesta ca lucru mecanic exterior, o parte DU se absoarbe si produce o variatie a energiei interne. Expunerea matematica este urmatoarea

DQ = DU + DL

Referat: Ferastrau circular cu masa mobila Referat: Criterii pentru aprecierea rezistentei la foc

Principiul I stabileste numai cantitativ cat lucru mecanic se poate obtine dintr-o cantitate de caldura.

Principiul al II-lea este si calitativ, deoarece se ocupa de calitatea energiilor, adica de posibilitatea unei transformari a lor in lucru mecanic util si arata ca aceasta transformare nu este integral posibila pentru caldura.

Acest principiu a fost descoperit de Carnot in 1824 si se enunta astfel:

Toate masinile termice care functioneaza intre aceleasi limite de temperatura au acelasi randament maxim, adica acelasi coeficient economic ideal.

Coeficientul economic ideal se mai numeste si randament si are urmatoarea expresie matematica:

h = 1 - T₂/T₁   sau      h DT / T₁

unde: T₁ este sursa calda, T₂ este sursa rece iar DT este diferenta intre cele doua.

Randamentul unei masini termice este cu atat mai mare cu cat diferenta de temperatura dintre sursa calda si sursa rece este mai mare.

De aceea masinile cu abur moderne folosesc supraincalzirea aburului de la intrare si condensarea lui la iesire.

Principiul al II-lea al termodinamicii ne arata ca pentru ca o masina termica sa poata functiona este absolut nevoie de doua surse de caldura.

Prin urmare,in orice masina termica avem un rezervor de caldura, la temperatura mai inalta, care o cedeaza unui organ de transformare. Acesta retine si transforma o parte din ea si transmite restul spre exterior, la temperatura mai joasa. In aceasta masina, caldura trece in mod natural de la temperaturile mai ridicate la cele mai joase.

Masinile termice reale pot fi studiate pe baza ciclului Carnot.

Pentru o masina termica organul de transformare a caldurii in lucru mecanic este in speta cilindrul si pistonul care primeste o cantitate de vapori sau de gaz, la o presiune, un volum si o temperatura date si o destinde la presiunea si temperatura din exterior.

Pentru o masina cu vapori si pistoane, asa-zise alternative, gasim experimental urmatoarea curba parcursa in timpul unei miscari de dus si intors a pistonului.

In aceasta diagrama distingem doua faze:

In prima faza este parcursa portiunea de curba intre A si B. In timpul acesteia, vaporii se destind, cedeaza din caldura lor interna, misca pistonul si executa un lucru mecanic, proportional cu aria suprafetei A-B-B'-A'.

In faza a doua, masina absoarbe lucru mecanic din energia cinetica pentru a comprima vaporii ramasi in cilindru sau sa lupte impotriva celor care vin din cazan.

Ciclul se inchide si lucrul mecanic absorbit este proportional cu dublul ariei suprafetei hasurate.

Rezultatul final duce la un lucru mecanic util, deoarece faza a doua necesita mai putina energie decat s-a degajat in prima.

Motorul cu ardere interna

Un amestec de aer si de vapori de benzina sau de alti combustibili lichizi explodeaza atunci cand vine in contact cu o flacara iar forta de expansiune a gazelor formate prin ardere poate deveni forta motoare (lucru mecanic). Pe acest principiu se bazeaza diverse tipuri de motoare cu explozie.

Motorul termic cu explozie

Intr-un cilindru patrunde un piston, a carui coada este de obicei articulata pentru a genera miscare circulara:

Supapa S comunica cu un rezervor de benzina numit carburator, in care un curent de aer trece prin benzina si se incarca cu vapori. Supapa S' comunica cu exteriorul.

Cele doua supape sunt actionate de un dispozitiv care le misca potrivit la intervale de timp bine stabilite si care se numeste ax cu came.