II zasad termodynamiki

1. II zasad termodynamiki Wyk. Agata Niezgoda Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2. Silniki cieplne Silniki cieplne to silniki, w których ciepło uzyskane ze spalania paliwa zamieniane jest na pracę mechaniczną. Napędzają wiele rodzajów pojazdów, generatorów i maszyn. W obecnych czasach silniki cieplne są najczęściej używanymi silnikami. Wysokoprężny silnik Diesla

3. Modele silników cieplnych Model silnika dwusuwowego Model silnika czterosuwowego z zapłonem iskrowym Model silnika wysokoprężnego

4. Silnik Diesla Pierwszy zbudowany w 1897 rokusilnik Diesla jest silnikiem stacjonarnym.Od 1912 roku silniki takie są stosowanerównież w lokomotywach. Rudolf Diesel

5. Schemat budowy czterosuwowego silnika z zapłonem samoczynnym (Diesla) Cylinder takiego silnika składa się z 2 kanałów: dolotowego i wylotowego, zamykanych zaworami. Paliwo (olej napędowy) dostarczany jest za pomocą pompy wtryskowej. W środku cylindra znajduje się tłok, który połączony jest z wałem korbowym przez korbowód. Wał korbowy przekazuje napęd do skrzyni biegów itd.

6. Etapy jednego cyklu pracy silnika I etap – Ssanie Zawór dolotowy zostaje otwarty, tłok przesuwa się na dół i zasysane jest powietrze do środka cylindra. Tłok osiąga maksymalnie najniższe położenie i wówczas zawór się zamyka.

7. II etap – Sprężanie Zawór dolotowy i wylotowy są zamknięte. Tłok przemieszcza się bardzo szybko do góry, powodując adiabatyczne sprężanie się powietrza. Cylinder nie jest wykonany z materiału izolującego, ale w czasie jednego cyklu przekazuje do otoczenia znikomą ilość ciepła. W wyniku sprężania ciśnienie gazu rośnie, a co za tym idzie rośnie również jego temperatura. Siły sprężające gaz, wykonują pracę W1. Gdy tłok znajdzie się na samej górze, następuje wtrysk paliwa do cylindra.

8. III etap – Spalanie i praca Zawory nadal są zamknięte. Następuje wtrysk paliwa do rozgrzanego powietrza w cylindrze co powoduje jego samozapłon. Wzrasta temperatura powietrza i spalin w cylindrze. Wzrost temperatury powoduje wzrost ciśnienia wewnątrz cylindra. Tłok porusza się w dół a spalanie nadal trwa, co sprawia, że pomimo wzrostu objętości przestrzeni nad tłokiem, ciśnienie spalin się nie zmienia.

9. III etap – Spalanie i praca Ciepło Q1 dostarczone do silnika pochodzi z procesu spalania paliwa. Gazy spalinowe, rozprężając się adiabatycznie, wypychają tłok, wykonując pracę W2 (W2<0) kosztem energii wewnętrznej spalin. Z tego powodu temperatura spalin zmniejsza się. Gdy tłok osiągnie skrajne dolne położenie, otwiera się zawór wylotowy.

10. IV etap – Wydech Zawór otwiera się, ciśnienie spalin gwałtownie maleje. Tłok unosi się ku górze i wypycha gorące spaliny z cylindra, ciepło wydalane jest na zewnątrz układu i równe jest Q1. Tłok powraca do stanu początkowego i cykl może się powtarzać.

11. Reasumując • Powietrze w cylindrze sprężane jest przez siły zewnętrzne W1 (W1>0), • Silnik pobiera ciepło ze spalania paliwa równe Q1(Q1 >0), • Gorące spaliny wykonują pracę W2 (W2<0), kosztem tylko części uzyskanego ciepła, reszta ciepła Q2(Q2 <0) wydalana jest wraz ze spalinami do otoczenia podczas wydechu.

12. Powyższe rozważania są bardzo uproszczone ale pozwalają zrozumieć ideę pracy silnika spalinowego. Na podobnej zasadzie działa czterosuwowy silnik benzynowy z zapłonem iskrowym. Podstawowa różnica polega na tym, że w silniku iskrowym paliwo jest pobierane wraz z powietrzem. Sprężana jest zatem mieszanka paliwowo-powietrzna, a nie samo powietrze. Sprawia to, że stopień sprężania w silniku iskrowym jest mniejszy niż w silniku Diesla. Podczas sprężania mieszanki rośnie jej temperatura i gdyby stopień sprężenia był zbyt duży, mógłby nastąpić samozapłon zanim tłok znalazłby się w górnym skrajnym położeniu. Niektóre silniki Diesla wyposażone są w dodatkową sprężarkę powietrza (tzw. turbodiesel). Uzyskuje się w nich wyższy stopień sprężania, a zatem i większą moc takiego silnika. Silnik paliwowy

13. II zasada termodynamiki Niemożliwe jest zbudowanie silnika cieplnego, który będzie wykonywał pracę, pobierając ciepło tylko ze źródła ciepła, bez możliwości przekazywania energii do chłodnicy o niższej temperaturze. Inne sformułowanie II zasady termodynamiki Niemożliwy jest proces, którego jedynym rezultatem jest przekazanie energii w postaci ciepła od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej.

14. Bibliografia • D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, cz. 2, wyd. PWN, Warszawa 2003 • P. Walczak, G. F. Wojewoda, Fizyka i astronomia, zakres podstawowy, podręcznik, cz. 2, wyd. OPERON, Gdynia 2007

15. DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!!!