একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিন কি? তাপীয় ইঞ্জিন। একটি তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা। তাপ ইঞ্জিন দক্ষতা

একটি আদর্শ মেশিনের দক্ষতার জন্য কার্নোট দ্বারা প্রাপ্ত সূত্রের (5.12.2) প্রধান তাৎপর্য হল যে এটি যে কোনো তাপ ইঞ্জিনের সর্বোচ্চ সম্ভাব্য কার্যকারিতা নির্ধারণ করে।

কার্নোট প্রমাণ করেছেন, তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের ভিত্তিতে, নিম্নলিখিত উপপাদ্যটি: তাপমাত্রা হিটারের সাথে অপারেটিং কোনো বাস্তব তাপ ইঞ্জিনটি 1 এবং রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রাটি 2 , একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতার চেয়ে বেশি দক্ষতা থাকতে পারে না।

* কার্নোট আসলে ক্লসিয়াস এবং কেলভিনের আগে তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র প্রতিষ্ঠা করেছিলেন, যখন তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র এখনও কঠোরভাবে প্রণয়ন করা হয়নি।

প্রথমে একটি তাপ ইঞ্জিন বিবেচনা করুন যা একটি বাস্তব গ্যাস সহ একটি বিপরীত চক্রে কাজ করে। চক্র যে কোনো হতে পারে, এটি শুধুমাত্র গুরুত্বপূর্ণ যে হিটার এবং রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা টি 1 এবং টি 2 .

ধরা যাক অন্য তাপ ইঞ্জিনের কার্যক্ষমতা (কারনট চক্র অনুযায়ী কাজ করছে না) η ’ > η . মেশিনগুলি একটি সাধারণ হিটার এবং একটি সাধারণ কুলার দিয়ে কাজ করে। কার্নোট মেশিনকে বিপরীত চক্রে কাজ করতে দিন (একটি রেফ্রিজারেশন মেশিনের মতো), এবং অন্য মেশিনটিকে ফরোয়ার্ড চক্রে (চিত্র 5.18)। তাপ ইঞ্জিনটি (5.12.3) এবং (5.12.5) সূত্র অনুসারে সমান কাজ করে:

রেফ্রিজারেশন মেশিন সবসময় ডিজাইন করা যেতে পারে যাতে এটি রেফ্রিজারেটর থেকে তাপ পরিমাণ নেয় প্র 2 = ||

তারপর, সূত্র (5.12.7) অনুযায়ী এটির উপর কাজ করা হবে

(5.12.12)

যেহেতু শর্ত দ্বারা η"> η , তারপর A" > এ.অতএব, তাপ ইঞ্জিন হিমায়ন ইঞ্জিন চালাতে পারে, এবং এখনও একটি অতিরিক্ত কাজ থাকবে। এই অতিরিক্ত কাজটি একটি উৎস থেকে নেওয়া তাপের খরচে করা হয়। সর্বোপরি, একবারে দুটি মেশিনের ক্রিয়ায় তাপ রেফ্রিজারেটরে স্থানান্তরিত হয় না। কিন্তু এটি তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের বিরোধিতা করে।

যদি আমরা ধরে নিই যে η > η ", তারপর আপনি একটি বিপরীত চক্রে অন্য একটি মেশিন কাজ করতে পারেন, এবং একটি সরল রেখায় Carnot এর মেশিন। আমরা আবার তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের সাথে দ্বন্দ্বে আসি। অতএব, বিপরীতমুখী চক্রে চালিত দুটি মেশিনের একই দক্ষতা রয়েছে: η " = η .

দ্বিতীয় মেশিনটি যদি অপরিবর্তনীয় চক্রে কাজ করে তবে এটি আলাদা বিষয়। যদি আমরা অনুমতি দিই " > η , তারপরে আমরা আবার তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের সাথে দ্বন্দ্বে আসি। যাইহোক, অনুমান m|"< г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η" ≤ η, বা

এটি প্রধান ফলাফল:

(5.12.13)

বাস্তব তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা

সূত্র (5.12.13) তাপ ইঞ্জিনগুলির সর্বাধিক দক্ষতার জন্য তাত্ত্বিক সীমা দেয়। এটি দেখায় যে হিট ইঞ্জিনটি আরও দক্ষ, হিটারের তাপমাত্রা যত বেশি এবং রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা তত কম। শুধুমাত্র যখন রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা পরম শূন্যের সমান, η = 1।

কিন্তু রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা কার্যত পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার চেয়ে অনেক কম হতে পারে না। আপনি হিটারের তাপমাত্রা বাড়াতে পারেন। যাইহোক, যে কোন উপাদানের (কঠিন) তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বা তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা সীমিত থাকে। উত্তপ্ত হলে, এটি ধীরে ধীরে তার স্থিতিস্থাপক বৈশিষ্ট্য হারায় এবং যথেষ্ট উচ্চ তাপমাত্রায় গলে যায়।

এখন ইঞ্জিনিয়ারদের প্রধান প্রচেষ্টার লক্ষ্য হল ইঞ্জিনের যন্ত্রাংশের ঘর্ষণ, এর অসম্পূর্ণ দহনের কারণে জ্বালানীর ক্ষতি ইত্যাদি কমিয়ে ইঞ্জিনের কার্যক্ষমতা বৃদ্ধি করা। কার্যক্ষমতা বাড়ানোর প্রকৃত সুযোগ এখনও এখানে অনেক বেশি। সুতরাং, একটি বাষ্প টারবাইনের জন্য, প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত বাষ্পের তাপমাত্রা প্রায় নিম্নরূপ: টি 1 = 800 কে এবং টি 2 = 300 K. এই তাপমাত্রায়, দক্ষতার সর্বোচ্চ মান হল:

বিভিন্ন ধরণের শক্তির ক্ষতির কারণে কার্যক্ষমতার প্রকৃত মান প্রায় 40%। সর্বাধিক দক্ষতা - প্রায় 44% - অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন রয়েছে।

যে কোনো তাপ ইঞ্জিনের কার্যক্ষমতা সর্বাধিক সম্ভাব্য মান অতিক্রম করতে পারে না
, যেখানে টি 1 - হিটারের পরম তাপমাত্রা এবং টি 2 - রেফ্রিজারেটরের পরম তাপমাত্রা।

তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা বৃদ্ধি করা এবং এটিকে সম্ভাব্য সর্বাধিক কাছাকাছি আনা- সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ।

পদার্থবিদ্যা, গ্রেড 10

পাঠ 25 তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা

পাঠে বিবেচিত প্রশ্নের তালিকা:

1) একটি তাপ ইঞ্জিন ধারণা;

2) একটি তাপ ইঞ্জিনের অপারেশনের ডিভাইস এবং নীতি;

3) তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা;

4) কার্নোট চক্র।

সম্পর্কিত শব্দকোষ

তাপ ইঞ্জিন -একটি ডিভাইস যেখানে জ্বালানীর অভ্যন্তরীণ শক্তি যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়।

দক্ষতা (দক্ষতার সহগ) হিটার থেকে প্রাপ্ত তাপের পরিমাণের সাথে এই ইঞ্জিন দ্বারা করা দরকারী কাজের অনুপাত।

অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন- একটি ইঞ্জিন যেখানে জ্বালানী সরাসরি ইঞ্জিনের ওয়ার্কিং চেম্বারে (ভিতরে) জ্বলে।

জেট ইঞ্জিন- একটি ইঞ্জিন যা জ্বালানীর অভ্যন্তরীণ শক্তিকে কার্যকারী তরলের জেট স্ট্রিমের গতিশক্তিতে রূপান্তর করে চলাচলের জন্য প্রয়োজনীয় ট্র্যাকশন বল তৈরি করে।

কার্নোট চক্রএটি একটি আদর্শ বৃত্তাকার প্রক্রিয়া যা দুটি adiabatic এবং দুটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া নিয়ে গঠিত।

হিটার- একটি যন্ত্র যা থেকে কর্মরত শরীর শক্তি গ্রহণ করে, যার একটি অংশ কাজ সম্পাদন করতে ব্যবহৃত হয়।

রেফ্রিজারেটর- এমন একটি শরীর যা কর্মক্ষম তরলের শক্তির অংশ শোষণ করে (পরিবেশ বা বিশেষ যন্ত্র যা নিষ্কাশন বাষ্পকে শীতল ও ঘনীভূত করার জন্য, যেমন কনডেনসার)।

কর্মরত শরীর- একটি শরীর যা প্রসারিত হওয়ার সময় কাজ করে (এটি একটি গ্যাস বা বাষ্প)

পাঠের বিষয়ে মৌলিক এবং অতিরিক্ত সাহিত্য:

1. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Sotsky N.N. পদার্থবিদ্যা। গ্রেড 10। সাধারণ শিক্ষা প্রতিষ্ঠানের জন্য পাঠ্যপুস্তক এম.: শিক্ষা, 2017। - এস. 269 - 273।

2. রিমকেভিচ এ.পি. পদার্থবিদ্যায় সমস্যার সংগ্রহ। 10-11 ক্লাস। -এম.: বাস্টার্ড, 2014। - এস. 87 - 88।

পাঠের বিষয়ে ইলেকট্রনিক সম্পদ খুলুন

স্ব-অধ্যয়নের জন্য তাত্ত্বিক উপাদান

বিভিন্ন জাতির গল্প এবং পৌরাণিক কাহিনী সাক্ষ্য দেয় যে লোকেরা সবসময় এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় দ্রুত চলে যাওয়ার বা দ্রুত এই বা সেই কাজটি করার স্বপ্ন দেখেছে। এই লক্ষ্য অর্জনের জন্য, এমন ডিভাইসের প্রয়োজন ছিল যা কাজ করতে পারে বা মহাকাশে চলাচল করতে পারে। তাদের চারপাশের বিশ্ব পর্যবেক্ষণ করে, উদ্ভাবকরা এই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছিলেন যে শ্রমের সুবিধার্থে এবং দ্রুত সরানোর জন্য, অন্যান্য দেহের শক্তি ব্যবহার করা প্রয়োজন, উদাহরণস্বরূপ, জল, বাতাস ইত্যাদি। আপনার নিজের উদ্দেশ্যে বারুদের অভ্যন্তরীণ শক্তি বা অন্য ধরণের জ্বালানী ব্যবহার করা কি সম্ভব? যদি আমরা একটি টেস্ট টিউব নিই, তাতে জল ঢালা, স্টপার দিয়ে বন্ধ করে গরম করি। উত্তপ্ত হলে, জল ফুটবে এবং ফলস্বরূপ জলীয় বাষ্প কর্ককে ধাক্কা দেবে। বাষ্প প্রসারিত হয় এবং কাজ করে। এই উদাহরণে, আমরা দেখতে পাচ্ছি যে জ্বালানীর অভ্যন্তরীণ শক্তি চলন্ত প্লাগের যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়েছে। কর্কটিকে টিউবের ভিতরে সরাতে সক্ষম একটি পিস্টন দিয়ে প্রতিস্থাপন করার সময় এবং টিউবটি নিজেই একটি সিলিন্ডার দিয়ে, আমরা সবচেয়ে সহজ তাপ ইঞ্জিন পাব।

তাপ ইঞ্জিন -তাপ ইঞ্জিন হল এমন একটি যন্ত্র যেখানে জ্বালানির অভ্যন্তরীণ শক্তি যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়।

সহজতম অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের গঠন প্রত্যাহার করুন। একটি অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন একটি সিলিন্ডার নিয়ে গঠিত যার ভিতরে একটি পিস্টন চলে। পিস্টন একটি সংযোগকারী রডের মাধ্যমে ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টের সাথে সংযুক্ত থাকে। প্রতিটি সিলিন্ডারের শীর্ষে দুটি ভালভ রয়েছে। ভালভগুলির একটিকে খাঁড়ি এবং অন্যটিকে আউটলেট বলা হয়। একটি মসৃণ পিস্টন স্ট্রোক নিশ্চিত করতে, একটি ভারী ফ্লাইহুইল ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টে মাউন্ট করা হয়।

একটি অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের কার্যচক্র চারটি চক্র নিয়ে গঠিত: গ্রহণ, কম্প্রেশন, পাওয়ার স্ট্রোক, নিষ্কাশন।

প্রথম স্ট্রোকের সময়, ইনটেক ভালভ খোলে যখন নিষ্কাশন ভালভ বন্ধ থাকে। নিচের দিকে চলমান পিস্টন সিলিন্ডারে দাহ্য মিশ্রণ চুষে নেয়।

দ্বিতীয় স্ট্রোকে, উভয় ভালভ বন্ধ করা হয়। ঊর্ধ্বমুখী চলমান পিস্টন দাহ্য মিশ্রণকে সংকুচিত করে, যা সংকোচনের সময় উত্তপ্ত হয়।

তৃতীয় স্ট্রোকে, যখন পিস্টন উপরের অবস্থানে থাকে, তখন মিশ্রণটি একটি মোমবাতির বৈদ্যুতিক স্পার্ক দ্বারা প্রজ্বলিত হয়। প্রজ্বলিত মিশ্রণটি গরম গ্যাস তৈরি করে, যার চাপ 3-6 এমপিএ এবং তাপমাত্রা 1600-2200 ডিগ্রিতে পৌঁছে। চাপ বল পিস্টনকে নিচে ঠেলে দেয়, যার চলাচল একটি ফ্লাইহুইল দিয়ে ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টে প্রেরণ করা হয়। একটি শক্তিশালী ধাক্কা পাওয়ার পরে, ফ্লাইহুইলটি জড়তা দ্বারা ঘুরতে থাকবে, পরবর্তী স্ট্রোকের সময় পিস্টনের চলাচল নিশ্চিত করবে। এই স্ট্রোকের সময়, উভয় ভালভ বন্ধ থাকে।

চতুর্থ স্ট্রোকে, নিষ্কাশন ভালভ খোলে এবং নিষ্কাশন গ্যাসগুলি চলন্ত পিস্টন দ্বারা মাফলারের মাধ্যমে (চিত্রে দেখানো হয়নি) বায়ুমণ্ডলে ধাক্কা দেয়।

যে কোনও তাপ ইঞ্জিনে তিনটি প্রধান উপাদান থাকে: একটি হিটার, একটি কার্যকরী তরল, একটি রেফ্রিজারেটর।

একটি তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা নির্ধারণ করতে, দক্ষতার ধারণাটি চালু করা হয়।

দক্ষতা হল হিটার থেকে প্রাপ্ত তাপের পরিমাণের সাথে একটি প্রদত্ত ইঞ্জিন দ্বারা করা দরকারী কাজের অনুপাত।

প্রশ্ন 1 - গরম থেকে প্রাপ্ত তাপের পরিমাণ

প্রশ্ন 2 - রেফ্রিজারেটরে দেওয়া তাপের পরিমাণ

চক্র প্রতি ইঞ্জিন দ্বারা সম্পন্ন কাজ.

এই দক্ষতা বাস্তব, i.e. শুধু এই সূত্রটি বাস্তব তাপ ইঞ্জিনগুলিকে চিহ্নিত করতে ব্যবহৃত হয়।

ইঞ্জিনের শক্তি N এবং অপারেটিং টাইম টি জেনে, প্রতি চক্রের কাজ সূত্র দ্বারা পাওয়া যাবে

শক্তির অব্যবহৃত অংশ রেফ্রিজারেটরে স্থানান্তর.

19 শতকে, তাপ প্রকৌশলের কাজের ফলস্বরূপ, ফরাসি প্রকৌশলী সাদি কার্নোট দক্ষতা নির্ধারণের (থার্মোডাইনামিক তাপমাত্রার মাধ্যমে) আরেকটি উপায় প্রস্তাব করেছিলেন।

এই সূত্রের মূল অর্থ হল যে কোন প্রকৃত তাপ ইঞ্জিনের সাথে T 1 তাপমাত্রায় একটি হিটার এবং T 2 তাপমাত্রায় একটি রেফ্রিজারেটরের সাথে কাজ করে এমন কার্যক্ষমতা থাকতে পারে না যা একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের কার্যক্ষমতাকে ছাড়িয়ে যায়। সাদি কার্নোট, কোন বদ্ধ প্রক্রিয়ায় তাপ ইঞ্জিনের সর্বাধিক কার্যক্ষমতা থাকবে তা নির্ধারণ করে, 2টি adiabatic এবং 2টি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া নিয়ে গঠিত একটি চক্র ব্যবহার করে প্রস্তাবিত

কার্নোট চক্র সর্বাধিক দক্ষতার সাথে সবচেয়ে দক্ষ চক্র।

এমন কোনো তাপ ইঞ্জিন নেই যার কার্যক্ষমতা 100% বা 1।

সূত্রটি তাপ ইঞ্জিনগুলির দক্ষতার সর্বাধিক মানের জন্য একটি তাত্ত্বিক সীমা দেয়। এটি দেখায় যে হিট ইঞ্জিনটি আরও দক্ষ, হিটারের তাপমাত্রা যত বেশি এবং রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা তত কম। শুধুমাত্র যখন রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা পরম শূন্যের সমান, η = 1।

কিন্তু রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা কার্যত পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার চেয়ে কম হতে পারে না। আপনি হিটারের তাপমাত্রা বাড়াতে পারেন। যাইহোক, যে কোন উপাদানের (কঠিন) তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বা তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা সীমিত থাকে। উত্তপ্ত হলে, এটি ধীরে ধীরে তার স্থিতিস্থাপক বৈশিষ্ট্য হারায় এবং যথেষ্ট উচ্চ তাপমাত্রায় গলে যায়।

তাপ ইঞ্জিনগুলির দক্ষতা বৃদ্ধি করা এবং এটিকে সম্ভাব্য সর্বাধিকের কাছাকাছি নিয়ে আসা সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ।

তাপ ইঞ্জিন - বাষ্প টারবাইন, উচ্চ-তাপমাত্রা বাষ্প উত্পাদন করতে সমস্ত পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রে ইনস্টল করা হয়। সমস্ত প্রধান ধরণের আধুনিক পরিবহন প্রধানত তাপ ইঞ্জিন ব্যবহার করে: অটোমোবাইলে - পিস্টন অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন; জলের উপর - অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন এবং বাষ্প টারবাইন; রেলওয়েতে - ডিজেল ইনস্টলেশন সহ লোকোমোটিভ; বিমান চালনায় - পিস্টন, টার্বোজেট এবং জেট ইঞ্জিন।

আসুন তাপ ইঞ্জিনগুলির কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্যগুলির তুলনা করি।

বাষ্প ইঞ্জিন - 8%।

বাষ্প টারবাইন - 40%।

গ্যাস টারবাইন - 25-30%।

অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন - 18-24%।

ডিজেল ইঞ্জিন - 40-44%।

জেট ইঞ্জিন - 25%।

তাপ ইঞ্জিনগুলির ব্যাপক ব্যবহার পরিবেশের জন্য একটি চিহ্ন ছাড়াই পাস করে না: অক্সিজেনের পরিমাণ ধীরে ধীরে হ্রাস পায় এবং বায়ুমণ্ডলে কার্বন ডাই অক্সাইডের পরিমাণ বৃদ্ধি পায়, বায়ু মানব স্বাস্থ্যের জন্য ক্ষতিকারক রাসায়নিক যৌগ দ্বারা দূষিত হয়। জলবায়ু পরিবর্তনের হুমকি রয়েছে। অতএব, পরিবেশ দূষণ কমানোর উপায় খুঁজে বের করা আজ সবচেয়ে জরুরি বৈজ্ঞানিক ও প্রযুক্তিগত সমস্যাগুলির মধ্যে একটি।

সমস্যা সমাধানের উদাহরণ এবং বিশ্লেষণ

1 . 180 কিমি/ঘন্টা গতিতে, প্রতি 100 কিলোমিটারে 15 লিটার এবং ইঞ্জিনের কার্যকারিতা 25% হলে, একটি গাড়ির ইঞ্জিনের গড় শক্তি কত?

একটি ইঞ্জিন যা জ্বালানীর অভ্যন্তরীণ শক্তিকে যান্ত্রিক কাজে পরিণত করে।

যে কোনো তাপ ইঞ্জিন তিনটি প্রধান অংশ নিয়ে গঠিত: হিটার, কর্মরত শরীর(গ্যাস, তরল, ইত্যাদি) এবং রেফ্রিজারেটর. ইঞ্জিনের ক্রিয়াকলাপটি একটি চক্রীয় প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে (এটি এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে সিস্টেমটি তার আসল অবস্থায় ফিরে আসে)।

ডাইরেক্ট সাইকেল হিট ইঞ্জিন

সমস্ত চক্রাকার (বা বৃত্তাকার) প্রক্রিয়াগুলির একটি সাধারণ বৈশিষ্ট্য হল যে কাজ তরলকে শুধুমাত্র একটি তাপ জলাধারের সাথে তাপীয় সংস্পর্শে আনার মাধ্যমে এগুলি চালানো যায় না। তাদের কমপক্ষে দুটি দরকার। উচ্চ তাপমাত্রার তাপ আধারকে হিটার বলা হয় এবং কম তাপমাত্রার তাপ আধারকে রেফ্রিজারেটর বলা হয়। একটি বৃত্তাকার প্রক্রিয়া তৈরি করে, কার্যকারী তরল হিটার থেকে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ Q 1 (সম্প্রসারণ ঘটে) গ্রহণ করে এবং রেফ্রিজারেটরকে তার আসল অবস্থায় ফিরে আসার এবং সংকুচিত হওয়ার সময় Q 2 এর তাপ দেয়। প্রতি চক্রে কার্যকরী তরল দ্বারা প্রাপ্ত মোট তাপের পরিমাণ Q=Q 1 -Q 2 একটি চক্রে কার্যকরী তরল দ্বারা সম্পাদিত কাজের সমান।

বিপরীত চিলার সাইকেল

বিপরীত চক্রে, প্রসারণ কম চাপে ঘটে এবং সংকোচন একটি উচ্চ চাপে ঘটে। অতএব, সংকোচনের কাজটি সম্প্রসারণের কাজের চেয়ে বড়; কাজটি কার্যকারী সংস্থা দ্বারা নয়, বাহ্যিক শক্তি দ্বারা সঞ্চালিত হয়। এই কাজটি উষ্ণতায় পরিণত হয়। এইভাবে, রেফ্রিজারেশন মেশিনে, কার্যকারী তরল রেফ্রিজারেটর থেকে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ Q 1 নেয় এবং হিটারে একটি বৃহত্তর পরিমাণ তাপ Q 2 স্থানান্তর করে।

দক্ষতা

সরাসরি লুপ:

চিলার দক্ষতা সূচক:

কার্নোট চক্র

তাপ ইঞ্জিনগুলিতে, তারা যান্ত্রিক শক্তিতে তাপ শক্তির সর্বাধিক সম্পূর্ণ রূপান্তর অর্জনের চেষ্টা করে। সর্বোচ্চ দক্ষতা।

চিত্রটি একটি পেট্রল কার্বুরেটর ইঞ্জিন এবং একটি ডিজেল ইঞ্জিনে ব্যবহৃত চক্রগুলি দেখায়৷ উভয় ক্ষেত্রেই, কার্যকারী তরল হল বায়ুর সাথে গ্যাসোলিন বা ডিজেল জ্বালানী বাষ্পের মিশ্রণ। একটি কার্বুরেটর অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের চক্রে দুটি আইসোকোর (1–2, 3–4) এবং দুটি অ্যাডিয়াব্যাট (2–3, 4–1) থাকে। একটি ডিজেল অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন দুটি আডিয়াব্যাট (1-2, 3-4), একটি আইসোবার (2-3), এবং একটি আইসোকোর (4-1) নিয়ে গঠিত একটি চক্রে কাজ করে। একটি কার্বুরেটর ইঞ্জিনের প্রকৃত দক্ষতা প্রায় 30%, একটি ডিজেল ইঞ্জিনের জন্য - প্রায় 40%।

ফরাসী পদার্থবিদ এস. কার্নোট একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের কাজ তৈরি করেছিলেন। কার্নোট ইঞ্জিনের কার্যকারী অংশটিকে গ্যাসে ভরা সিলিন্ডারে একটি পিস্টন হিসাবে ভাবা যেতে পারে। যেহেতু কার্নোট ইঞ্জিন - মেশিন সম্পূর্ণরূপে তাত্ত্বিক, যে, আদর্শ, পিস্টন এবং সিলিন্ডারের মধ্যে ঘর্ষণ শক্তি এবং তাপের ক্ষতি শূন্য বলে ধরে নেওয়া হয়। যান্ত্রিক কাজ সর্বাধিক হয় যদি কার্যকারী তরল দুটি আইসোথার্ম এবং দুটি অ্যাডিয়াব্যাট সমন্বিত একটি চক্র সম্পাদন করে। এই চক্র বলা হয় কার্নোট চক্র.

বিভাগ 1-2: গ্যাস হিটার থেকে একটি পরিমাণ তাপ Q 1 গ্রহণ করে এবং T 1 তাপমাত্রায় সমতাপীয়ভাবে প্রসারিত হয়
অধ্যায় 2-3: গ্যাসটি প্রসারিত হয়, রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা T 2 এ কমে যায়
বিভাগ 3-4: গ্যাসটি এক্সোথার্মিকভাবে সংকুচিত হয়, যখন এটি রেফ্রিজারেটরকে তাপের পরিমাণ দেয় Q 2
অধ্যায় 4-1: যতক্ষণ না এর তাপমাত্রা T 1-এ না যায় ততক্ষণ পর্যন্ত গ্যাসটিকে adiabatically সংকুচিত করা হয়।
ওয়ার্কিং বডি দ্বারা সম্পাদিত কাজ হল ফলাফল চিত্রের ক্ষেত্রফল 1234।

এই ধরনের একটি ইঞ্জিন নিম্নলিখিত হিসাবে কাজ করে:

1. প্রথমত, সিলিন্ডার একটি গরম জলাধারের সংস্পর্শে আসে এবং আদর্শ গ্যাস একটি ধ্রুবক তাপমাত্রায় প্রসারিত হয়। এই পর্যায়ে, গ্যাস গরম জলাধার থেকে কিছুটা তাপ গ্রহণ করে।
2. সিলিন্ডারটি তখন নিখুঁত তাপ নিরোধক দ্বারা বেষ্টিত হয়, যার ফলে গ্যাসের জন্য উপলব্ধ তাপের পরিমাণ সংরক্ষণ করা হয় এবং গ্যাসটি প্রসারিত হতে থাকে যতক্ষণ না এর তাপমাত্রা ঠান্ডা তাপীয় জলাধারে নেমে আসে।
3. তৃতীয় পর্যায়ে, তাপ নিরোধক অপসারণ করা হয়, এবং সিলিন্ডারের গ্যাস, ঠান্ডা জলাধারের সংস্পর্শে থাকা অবস্থায়, ঠান্ডা জলাধারে তাপের কিছু অংশ দেওয়ার সময় সংকুচিত হয়।
4. সংকোচন একটি নির্দিষ্ট বিন্দুতে পৌঁছালে, সিলিন্ডারটি আবার তাপ নিরোধক দ্বারা বেষ্টিত হয় এবং পিস্টনকে উত্থাপন করে গ্যাসটি সংকুচিত হয় যতক্ষণ না এর তাপমাত্রা গরম জলাধারের সমান হয়। এর পরে, তাপ নিরোধক সরানো হয় এবং প্রথম পর্ব থেকে চক্রটি আবার পুনরাবৃত্তি হয়।

বর্তমান পাঠের বিষয় হবে পূর্ববর্তী পাঠের মতো ডিভাইসগুলি - তাপ ইঞ্জিনগুলির মতো বিমূর্ত নয়, বেশ নির্দিষ্টভাবে ঘটে যাওয়া প্রক্রিয়াগুলির বিবেচনা। আমরা এই জাতীয় মেশিনগুলিকে সংজ্ঞায়িত করব, তাদের প্রধান উপাদানগুলি এবং অপারেশনের নীতি বর্ণনা করব। এছাড়াও এই পাঠের সময়, দক্ষতা খোঁজার প্রশ্নটি - তাপীয় ইঞ্জিনগুলির কার্যকারিতা, বাস্তব এবং সর্বাধিক সম্ভাব্য উভয়ই বিবেচনা করা হবে।

বিষয়: তাপগতিবিদ্যার মৌলিক বিষয়
পাঠ: একটি তাপ ইঞ্জিন পরিচালনার নীতি

শেষ পাঠের বিষয় ছিল তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র, যা গ্যাসের একটি অংশে স্থানান্তরিত একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ এবং সম্প্রসারণের সময় এই গ্যাস দ্বারা করা কাজের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করে। এবং এখন বলার সময় এসেছে যে এই সূত্রটি শুধুমাত্র কিছু তাত্ত্বিক গণনার জন্যই নয়, বরং বেশ ব্যবহারিক প্রয়োগের ক্ষেত্রেও আগ্রহের বিষয়, কারণ গ্যাসের কাজটি দরকারী কাজ ছাড়া আর কিছুই নয়, যা আমরা তাপ ইঞ্জিন ব্যবহার করার সময় বের করি।

সংজ্ঞা। তাপ ইঞ্জিন- একটি যন্ত্র যাতে জ্বালানির অভ্যন্তরীণ শক্তি যান্ত্রিক কাজে রূপান্তরিত হয় (চিত্র 1)।

ভাত। 1. তাপ ইঞ্জিনের বিভিন্ন উদাহরণ (), ()

চিত্র থেকে দেখা যায়, তাপ ইঞ্জিনগুলি হল যে কোনও ডিভাইস যা উপরোক্ত নীতি অনুসারে কাজ করে এবং সেগুলি অবিশ্বাস্যভাবে সহজ থেকে খুব জটিল ডিজাইনের মধ্যে রয়েছে।

ব্যতিক্রম ছাড়া, সমস্ত তাপ ইঞ্জিন কার্যকরীভাবে তিনটি উপাদানে বিভক্ত (চিত্র 2 দেখুন):

হিটার
কর্মরত শরীর
রেফ্রিজারেটর

ভাত। 2. একটি তাপ ইঞ্জিনের কার্যকরী চিত্র ()

হিটার হল জ্বালানীর দহন প্রক্রিয়া, যা দহনের সময় গ্যাসে প্রচুর পরিমাণে তাপ স্থানান্তর করে, উচ্চ তাপমাত্রায় গরম করে। গরম গ্যাস, যা একটি কার্যকরী তরল, তাপমাত্রা বৃদ্ধির কারণে এবং ফলস্বরূপ, চাপ, প্রসারিত হয়, কাজ করে। অবশ্যই, যেহেতু ইঞ্জিনের আবরণ, পরিবেষ্টিত বায়ু ইত্যাদির সাথে সর্বদা তাপ স্থানান্তর থাকে, কাজটি সংখ্যাগতভাবে স্থানান্তরিত তাপের সমান হবে না - কিছু শক্তি রেফ্রিজারেটরে যায়, যা একটি নিয়ম হিসাবে, পরিবেশ।

একটি চলমান পিস্টনের (উদাহরণস্বরূপ, একটি অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিনের সিলিন্ডার) অধীনে একটি সাধারণ সিলিন্ডারে প্রক্রিয়াটি ঘটছে তা কল্পনা করা সবচেয়ে সহজ উপায়। স্বাভাবিকভাবেই, ইঞ্জিনটি কাজ করার জন্য এবং বোঝার জন্য, প্রক্রিয়াটি চক্রাকারে ঘটতে হবে, এবং একবারে নয়। অর্থাৎ, প্রতিটি প্রসারণের পরে, গ্যাসটিকে তার আসল অবস্থানে ফিরে আসতে হবে (চিত্র 3)।

ভাত। 3. একটি তাপ ইঞ্জিনের চক্রাকার অপারেশনের একটি উদাহরণ ()

গ্যাসটি তার প্রাথমিক অবস্থানে ফিরে আসার জন্য, এটিতে কিছু কাজ করা প্রয়োজন (বাহ্যিক শক্তির কাজ)। এবং যেহেতু গ্যাসের কাজটি বিপরীত চিহ্ন সহ গ্যাসের কাজের সমান, তাই গ্যাসটি পুরো চক্রের জন্য মোট ইতিবাচক কাজ সম্পাদন করতে (অন্যথায় ইঞ্জিনে কোনও বিন্দু থাকবে না), এটি প্রয়োজনীয়। বাইরের শক্তির কাজ গ্যাসের কাজের চেয়ে কম হবে। অর্থাৎ, P-V স্থানাঙ্কে চক্রাকার প্রক্রিয়ার গ্রাফটি দেখতে এমন হওয়া উচিত: ঘড়ির কাঁটার দিকে বাইপাস সহ একটি বন্ধ লুপ। এই অবস্থার অধীনে, গ্যাসের কাজ (গ্রাফের অংশে যেখানে আয়তন বৃদ্ধি পায়) গ্যাসের কাজ (যে বিভাগে আয়তন হ্রাস পায়) এর চেয়ে বেশি (চিত্র 4)।

ভাত। 4. একটি তাপ ইঞ্জিনে ঘটে যাওয়া প্রক্রিয়ার একটি গ্রাফের উদাহরণ

যেহেতু আমরা একটি নির্দিষ্ট প্রক্রিয়া সম্পর্কে কথা বলছি, এটির কার্যকারিতা কী তা বলা আবশ্যক।

সংজ্ঞা। একটি তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা (কর্মক্ষমতা সহগ)- হিটার থেকে শরীরে স্থানান্তরিত তাপের পরিমাণের সাথে কার্যকরী তরল দ্বারা সঞ্চালিত দরকারী কাজের অনুপাত।

যদি আমরা শক্তি সংরক্ষণের কথা বিবেচনা করি: হিটার থেকে যে শক্তি চলে গেছে তা কোথাও অদৃশ্য হয়ে যায় না - এর কিছু অংশ কাজের আকারে সরানো হয়, বাকিটা রেফ্রিজারেটরে যায়:

আমরা পেতে:

এটি অংশে দক্ষতার জন্য একটি অভিব্যক্তি, যদি আপনি শতাংশ হিসাবে দক্ষতার মান পেতে চান, তাহলে আপনাকে অবশ্যই 100 দ্বারা গুন করতে হবে। এসআই পরিমাপ পদ্ধতিতে দক্ষতা একটি মাত্রাহীন মান এবং সূত্র থেকে দেখা যায় , একের বেশি হতে পারে না (বা 100)।

এটাও বলা উচিত যে এই অভিব্যক্তিটিকে প্রকৃত তাপ ইঞ্জিনের (তাপ ইঞ্জিন) বাস্তব দক্ষতা বা কার্যক্ষমতা বলা হয়। যদি আমরা ধরে নিই যে আমরা কোনওভাবে ইঞ্জিনের নকশার ত্রুটিগুলি থেকে সম্পূর্ণরূপে পরিত্রাণ পেতে পারি, তবে আমরা একটি আদর্শ ইঞ্জিন পাব এবং এর কার্যকারিতা একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতার সূত্র অনুসারে গণনা করা হবে। এই সূত্রটি ফরাসি প্রকৌশলী সাদি কার্নোট (চিত্র 5) দ্বারা প্রাপ্ত হয়েছিল:

একটি তাপ ইঞ্জিন (মেশিন) হল এমন একটি যন্ত্র যা জ্বালানীর অভ্যন্তরীণ শক্তিকে যান্ত্রিক কাজে রূপান্তর করে, পার্শ্ববর্তী দেহের সাথে তাপ বিনিময় করে। বেশিরভাগ আধুনিক অটোমোবাইল, বিমান, জাহাজ এবং রকেট ইঞ্জিনগুলি একটি তাপ ইঞ্জিনের নীতিতে ডিজাইন করা হয়েছে। কাজটি কার্যকারী পদার্থের ভলিউম পরিবর্তন করে সম্পন্ন করা হয়, এবং যেকোন ধরনের ইঞ্জিনের কার্যকারিতা চিহ্নিত করার জন্য, একটি মান ব্যবহার করা হয় যাকে বলা হয় দক্ষতা ফ্যাক্টর (COP)।

একটি তাপ ইঞ্জিন কিভাবে কাজ করে

তাপগতিবিদ্যার দৃষ্টিকোণ থেকে (পদার্থবিজ্ঞানের একটি শাখা যা অভ্যন্তরীণ এবং যান্ত্রিক শক্তির পারস্পরিক রূপান্তর এবং একটি দেহ থেকে অন্য দেহে শক্তি স্থানান্তরের নিদর্শনগুলি অধ্যয়ন করে), যে কোনও তাপ ইঞ্জিনে একটি হিটার, একটি রেফ্রিজারেটর এবং একটি কার্যকরী তরল থাকে। .

ভাত। 1. তাপ ইঞ্জিনের কাঠামোগত চিত্র:.

একটি প্রোটোটাইপ হিট ইঞ্জিনের প্রথম উল্লেখটি একটি বাষ্প টারবাইনকে বোঝায়, যা প্রাচীন রোমে (2য় শতাব্দী খ্রিস্টপূর্ব) উদ্ভাবিত হয়েছিল। সত্য, সেই সময়ে অনেক সহায়ক বিবরণের অভাবের কারণে উদ্ভাবনটি তখন ব্যাপক প্রয়োগ খুঁজে পায়নি। উদাহরণস্বরূপ, সেই সময়ে ভারবহন হিসাবে কোনও প্রক্রিয়া পরিচালনার জন্য এমন একটি মূল উপাদান এখনও উদ্ভাবিত হয়নি।

যে কোনও তাপ ইঞ্জিনের অপারেশনের সাধারণ স্কিমটি এইরকম দেখায়:

হিটারের তাপমাত্রা T 1 বেশি থাকে যা প্রচুর পরিমাণে তাপ স্থানান্তর করতে পারে Q 1। বেশিরভাগ তাপ ইঞ্জিনে, জ্বালানী মিশ্রণ (জ্বালানি-অক্সিজেন) জ্বালিয়ে গরম করা হয়;
ইঞ্জিনের কার্যকরী তরল (বাষ্প বা গ্যাস) দরকারী কাজ করে এবং,উদাহরণস্বরূপ, একটি পিস্টন সরানো বা একটি টারবাইন ঘোরানো;
রেফ্রিজারেটর কাজের তরল থেকে শক্তির একটি অংশ শোষণ করে। রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা T 2< Т 1 . То есть, на совершение работы идет только часть теплоты Q 1 .

তাপ ইঞ্জিন (ইঞ্জিন) অবশ্যই অবিচ্ছিন্নভাবে কাজ করবে, তাই কার্যকারী তরলটিকে অবশ্যই তার আসল অবস্থায় ফিরে আসতে হবে যাতে এর তাপমাত্রা T 1 এর সমান হয়। প্রক্রিয়াটির ধারাবাহিকতার জন্য, মেশিনের ক্রিয়াকলাপ অবশ্যই চক্রাকারে ঘটতে হবে, পর্যায়ক্রমে পুনরাবৃত্তি করতে হবে। একটি চক্রাকার প্রক্রিয়া তৈরি করতে - কার্যকারী তরল (গ্যাস) কে তার আসল অবস্থায় ফিরিয়ে আনতে - কম্প্রেশন প্রক্রিয়া চলাকালীন গ্যাসকে ঠান্ডা করার জন্য একটি রেফ্রিজারেটরের প্রয়োজন হয়। রেফ্রিজারেটর বায়ুমণ্ডল (অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিনের জন্য) বা ঠান্ডা জল (বাষ্প টারবাইনের জন্য) হতে পারে।

একটি তাপ ইঞ্জিনের কার্যকারিতা কি?

তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা নির্ধারণের জন্য, 1824 সালে ফরাসি মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ার সাদি কার্নোট। একটি তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতার ধারণা প্রবর্তন করে। গ্রীক অক্ষর η দক্ষতা বোঝাতে ব্যবহৃত হয়। তাপ ইঞ্জিন দক্ষতা সূত্র ব্যবহার করে η এর মান গণনা করা হয়:

$$η=(A\over Q1)$$

যেহেতু $A = Q1 - Q2$, তারপর

$η =(1 - Q2\Q1 ওভার)$

যেহেতু সমস্ত ইঞ্জিনে তাপের কিছু অংশ ফ্রিজে দেওয়া হয়, তারপর সর্বদা η< 1 (меньше 100 процентов).

একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের সর্বাধিক সম্ভাব্য দক্ষতা

একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিন হিসাবে, সাদি কার্নোট একটি কার্যকরী তরল হিসাবে একটি আদর্শ গ্যাস সহ একটি মেশিনের প্রস্তাব করেছিলেন। আদর্শ কার্নট মডেল দুটি আইসোথার্ম এবং দুটি অ্যাডিয়াব্যাট সমন্বিত একটি চক্রে (কার্নট চক্র) কাজ করে।

ভাত। 2. কার্নোট চক্র:.

স্মরণ করুন:

adiabatic প্রক্রিয়াএকটি থার্মোডাইনামিক প্রক্রিয়া যা পরিবেশের সাথে তাপ বিনিময় ছাড়াই ঘটে (প্রশ্ন=0);
আইসোথার্মাল প্রক্রিয়াএকটি থার্মোডাইনামিক প্রক্রিয়া যা একটি ধ্রুবক তাপমাত্রায় ঘটে। যেহেতু একটি আদর্শ গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি শুধুমাত্র তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, তাই গ্যাসে স্থানান্তরিত তাপের পরিমাণ প্রসম্পূর্ণভাবে কাজ করে A (Q = A) .

সাদি কার্নোট প্রমাণ করেছেন যে একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিন দ্বারা সর্বাধিক সম্ভাব্য দক্ষতা অর্জন করা যেতে পারে তা নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা দেওয়া হয়েছে:

$$ηmax=1-(T2\over T1)$$

কার্নোট সূত্র আপনাকে তাপ ইঞ্জিনের সর্বাধিক সম্ভাব্য দক্ষতা গণনা করতে দেয়। হিটার এবং রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রার মধ্যে পার্থক্য যত বেশি হবে, তত বেশি দক্ষতা।

বিভিন্ন ধরনের ইঞ্জিনের প্রকৃত কার্যক্ষমতা কত?

উপরের উদাহরণগুলি থেকে দেখা যায় যে সর্বোচ্চ দক্ষতার মান (40-50%) হল অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন (ডিজেল সংস্করণে) এবং তরল জ্বালানী জেট ইঞ্জিন।

ভাত। 3. বাস্তব তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতা:.

আমরা কি শিখেছি?

সুতরাং, আমরা ইঞ্জিনের দক্ষতা কী তা শিখেছি। যেকোনো তাপ ইঞ্জিনের কার্যক্ষমতা সর্বদা 100 শতাংশের কম হয়। হিটার T 1 এবং রেফ্রিজারেটর T 2 এর মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য যত বেশি হবে, তত বেশি দক্ষতা।