Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 1

Θερμικές μηχανέςΘερμικές μηχανές

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 2

Τι είναι οι θερμικές μηχανές;

Οι θερμικές μηχανές είναι διατάξεις που

μετατρέπουν τη θερμότητα σε μηχανικό

έργο.

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 3

(σύντομη) Ιστορία των μηχανών

http://sfrang.com/historia/parart082.htm

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 4

Ατμομηχανή

Thomas Newcomen

(1663-1729)

Ατμοσφαιρική μηχανή του

Newcomen (1712)

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 5

James Watt

1736-1819

Μηχανή του Watt (1769)

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 6

Δικύλινδρη μηχανή ατμού (1814)

Η πρώτη ατμομηχανή σιδηροδρόμου (1820)

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 7

Θερμικές μηχανές

Μηχανές εσωτερικής καύσης

Μηχανές εξωτερικής καύσης

Ως μέσο παραγωγής έργου χρησιμοποιούν τον αέρα(κινητήρας αυτοκινήτου,

αεροστρόβιλος αεροπλάνου).

Το μέσο παραγωγής έργου δεν είναι το καυσαέριο, αλλάάλλο στοιχείο π.χ. το νερό

(ατμοστρόβιλοι, ατμομηχανές)

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 8

Αρχή λειτουργίας Αρχή λειτουργίας ατμομηχανήςατμομηχανής

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 9

Κύκλος βενζινοκινητήρα 4 Κύκλος βενζινοκινητήρα 4 χρόνωνχρόνων

Το έμβολο κατεβαίνει, μίγμα

βενζίνης-αέρα γεμίζει τον κύλινδρο.

Το έμβολο ανεβαίνει, το

μίγμα συμπιέζεται.

Το μίγμα αναφλέγεται, τα

αέρια απωθούν το έμβολο προς τα

κάτω.

Το έμβολο ανεβαίνει, τα

καυσαέρια απομακρύνοντα

ι.

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 10

Αρχή λειτουργίας θερμικής Αρχή λειτουργίας θερμικής μηχανήςμηχανήςΘερμή δεξαμενή

Θερμοκρασία Τh

Qh

Qc

Ψυχρή δεξαμενή

Θερμοκρασία Τc

Ωφέλιμο έργο W

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 11

Παρατηρήσεις

Η μεταβολή στην οποία υποβάλλεται το « υλικό μέσον » από μια μηχανή είναι πάντα κυκλική.

Στην ατμομηχανή το υλικό είναι ο ατμός. Δεξαμενή Υ.Θ. είναι ο λέβητας. Δεξαμενή Χ.Θ. είναι ο συμπυκνωτής.

Στις μηχανές εσωτερικής καύσης το υλικό είναι ένα υγρό καύσιμο (π.χ. βενζίνη). Δεξαμενή Υ.Θ. είναι ο κύλινδρος καύσης. Δεξαμενή Χ.Θ. είναι το περιβάλλον.

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 12

Απόδοση μιας μηχανήςΑπόδοση μιας μηχανής

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 13

Συντελεστής απόδοσης (e) μιας μηχανής είναι ο λόγος του ωφέλιμου έργου που προσφέρει η μηχανή προς την ενέργεια που ξοδεύουμε για να λειτουργήσει.

h

.ωφ

Q

We

ch.ωφ QQW

ή

h

c

Q

Qe 1

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 14

Παρατηρήσεις για τις Παρατηρήσεις για τις ΑσκήσειςΑσκήσεις

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 15

Στον υπολογισμό της απόδοσης μιας θερμικής μηχανής είναι πιο εύχρηστη η σχέση

h

c

Q

Q-e 1

από τη σχέση h

ωφ

Q

We

.

Υπολογίζουμε ότι χρειαζόμαστε, όπως παρακάτω:

Qh = QAB + QΒΓ ( εισερχόμενη θερμότητα Qh, κάθε θετικό ποσό θερμότητας ),

Qc = QΓΔ ( εκλυόμενη θερμότητα Qc , κάθε αρνητικό ποσό θερμότητας ),

QΔΑ=0 (αδιαβατική μεταβολή) και Wωφ=WAB+WΒΓ+WΓΔ+WΔΑ (ωφέλιμο έργο)

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 16

Η σχέση εξυπηρετεί

h

ωφ

Q

We

στις περιπτώσεις που η κυκλική μεταβολή σε διάγραμμα p - V είναι κάποιο γνωστό γεωμετρικό σχήμα, το εμβαδό του οποίου (εκφράζει το ωφέλιμο έργο) υπολογίζεται εύκολα.

Σε αυτή την περίπτωση, υπολογίζουμε ότι χρειαζόμαστε όπως παρακάτω:

Qh = QAB + QΒΓ ( εισερχόμενη θερμότητα Qh )Qc = QΓΔ + QΔΑ ( εκλυόμενη θερμότητα Qc )Wωφ. = ΕΑΒΓΔΑ ( ωφέλιμο έργο )

Μερκ. Παναγιωτόπουλος-Φυσικός 17

Χρήσιμη διεύθυνση στο Διαδίκτυο

http://www.keveney.com/Engines.html