Переход тепловой энергии в механическую и обратно.

[Dachnik]

Рассмотрим переход тепловой энергии в механическую и обратно для идеального газа без потерь на трение.[
Схема такой установки показана на рисунке. Эта установка ничего, кроме самой себя, потому двигателем, тем более вечным, не является.

Все потери на трение исключаем. Материал цилиндра тепло газа не воспринимает.
Массу маховика берем 1000 кг, это вес 10 тонн. Это позволит создать медленное перемещение поршня и равновесный процесс  сжатия и расширения воздуха.
Сухой воздух рассматриваем, как идеальный газ с формулами для идеального газа.
Усилие на поршне принимаем равным проекции  тангенциального усилия на ободе маховика на ось Х.
По завершению сжатия объем газа = 1/3 Vo
Давление газа \(P_0\frac {P_1}{P_0} = \frac {3}{1} = 3 кГ/см^2\)
Избыточное давление на поршень 2кГ/см²
Функция давления линейная, потому принимаем среднее изменение давления \(1 кГ/см^2\)
Изменение внутренней энергии \(\delta U\) равно работе над газом \(\delta А\) = P*S*L
Длина воздуха под поршнем при объеме 22400 см³ = 3 метра
Площадь поршня S = 22400 см³ /300 см =  74,66 см²
Ход поршня L = 2R = 200 см
\[ \delta U = \delta Q = \delta А = 1 кГ/см^2*74,66 см^2*200 см = 14932 кГ*см =149,32  кГм \]
 149,32 кГм * 9,81 = 1464,83 джоуль

Теперь находим кинетическую энергию маховика, из условия перехода тепловой энергии в механическую.  
\(E = J\omega^2/2\), где  J момент инерции маховика = mR²
Момент силы F*R деленный на момент инерции mR^2 дает угловое ускорение  \(e\)
\(\frac {FR}{mR^2} = e = \frac {F}{mR}\)
Угловое ускорение \(a\), умноженное на радиус, дает линейное ускорение точки обода маховика.
\[ a = \frac {F}{mR}*R = \frac {F кГ}{m кг} \frac {метр}{сек^2} \]
\(\omega = \frac {aT}{R}\)
Сила \( F_r \) величина переменная  от Р = 2 кГ/см² до 0 кГ/см² * на площадь поршня.
Площадь поршня равна молярному  объему, деленному на расстояние от крайнего положения  поршня до левой заглушки.
S = 22400 см³ /300 см =  74.67 см²  
Начальная сила F = 2*74.67  = 149.3 кГ , конечная  равна нулю.
Зависимость линейная, потому могу взять среднюю силу 149.3/2 = 74.67 кГ
По средней силе, нахожу среднее линейное ускорение обода маховика массой 1000 кг и радиусом 1 метр
\[ a = \frac {FR}{mR^2} R = \frac {74.67 кГ*1 метр}{1000 кг*[1метр][sup]2[/sup]} * 1 метр =0.07467 кГ/кг \]
кГ/кг = 9,81 м/сек2
\(a = 0.07467  * 9,81 м/сек^2= 0,733 м/сек^2\)
Проекция пути  шарнира на ось Х L = 2 метра.
\(T = \sqrt {2L/a} =  \sqrt {2*2}{0,733} = 2,34 сек\)
Угловая скорость равна линейному ускорению, деленному на радиус и умноженному на время. \(\omega = 0,733 м/сек^2/1 м *2,34 сек = 1,71522/сек\)
\[ E = \frac {J\omega^2}{2} = 1000 кг*1^2 м^2 \frac {1,715}{2} сек^2 = 1470 кг*метр^2/сек^2 = 1470 Дж \]
Тепловая энергия 1464,83 джоуль. Н
Механическая энергия перешла в тепловую, а тепловая в механическую.
Небольшая погрешность из за усреднения цифр.

[/quote]

[Метафизик]

Массу маховика берем 1000 кг, это вес 10 тонн.

Почем опиум для народа?  &/

[Метафизик]

Рассмотрим переход тепловой энергии в механическую и обратно для идеального газа без потерь на трение

Кроме шуток:
Исключать потери на трение, как и любые другие, при обсуждении КПД цикла Карно, неправильно. Это ошибка. Которая говорит о
НЕПОНИМАНИИ темы...

[Dachnik]

Почем опиум для народа?  &/

Да вы из без опиума  головушкой повредились, когда захотели отбросить кусок рельса массой 10 кг, а он оказался весом 100 кГ, &/

[---]

Кроме шуток:
Исключать потери на трение, как и любые другие, при обсуждении КПД цикла Карно, неправильно. Это ошибка.

Отнюдь..
"Цикл Карно" - сугубо теоретическая модель тепловой машины, лишенной каких-либо "механических потерь"
"КПД Карно" - максимальный теоретический предел, которого могла бы достичь ТМ, сумей конструкторы ее избавиться от всех таких потерь

[Dachnik]

Вас бы простирнуть не мешало бы, этак до дыр. Это я Вам, как самый терпеливый человек на форуме, говорю. И сотрите пожалуйста свою подпись, она мерзкая.

Пускай рисует свою хромосому на флаге и марширует с ним по Европе.
Моя тема, не для их гей парадов.
Потому его нет для меня.

[Петр Иванович]

Отнюдь..
"Цикл Карно" - сугубо теоретическая модель тепловой машины, лишенной каких-либо "механических потерь"
"КПД Карно" - максимальный теоретический предел, которого могла бы достичь ТМ, сумей конструкторы ее избавиться от всех таких потерь

КПД - коэффициент ПОЛЕЗНОГО действия, энтроп ты мой ненаглядный.
Что за "полезное действие" выполняется в цикле Карно?

[Петр Иванович]

Рассмотрим переход тепловой энергии в механическую и обратно для идеального газа без потерь на трение.[
Схема такой установки показана на рисунке. Эта установка ничего, кроме самой себя, потому двигателем, тем более вечным, не является.

Все потери на трение исключаем. Материал цилиндра тепло газа не воспринимает.

Таки образом что мы имеем в сухом остатке.
Обыкновенную пружину, только изготовленную из газа и имеющего не линейную характеристику, как в законе Хука, а степенную.
Степень определяется химическим составом газа и равна РЕАЛЬНОМУ показателю адиабаты этого газа.

Т.е.  после адиабатного сжатия газа под действием некоей внешней силы, А-Б-В потом накопленная газом "энергия сжатия" может совершить некую полезную работу В-Б, например, поднимая какой-нибудь груз массой \(m\) на высоту \(h\)

[Dachnik]

КПД - коэффициент ПОЛЕЗНОГО действия, энтроп ты мой ненаглядный.
Что за "полезное действие" выполняется в цикле Карно?

В цикле Карно газ расширяется не адиабатно, (без теплообмена с нагревателем, или холодильником),
а с подогревом нагревателем, для обеспечения постоянного давления.
То есть изобарно-изотермически.
Это означает, что без подогрева, при адиабатном расширении по завершению расширения, давление и температура вернулись бы к начальным условиям.
В полезную работу переходит тепловая энергия, которая добавляется при изобарно-изотермическом расширении.
На моей картинке,  такой добавки тепла нет.
Добавка равна энергии, которую газ получит при первом адиабатическом сжатии, что равносильно нагреванию начального объема газа на 273*2 = 546^оК
Но некоторые, для КПД учитывают только тепло, которой нагреватель передает газу в процессе изобарно-изотермического расширения, потому и говорят, что, без потерь, КПД = 100%.
Но это фигня, вот если бы холодильник  возвращал  тепло назад, тогда и  было бы 100%,
Вот если бы начального объемы в цилиндре не было, к чему стремятся создатели ДВС,
а масса горячего газа, после завершения изобарно-изотермического расширения объема между поршнем и задней стенкой выбрасывалось наружу и после холостого обратного хода,  наступал бы новый вброс газа из котла, тогда бы можно и говорит о 100% КПД.

[Dachnik]

Таки образом что мы имеем в сухом остатке.
Обыкновенную пружину, только изготовленную из газа и имеющего не линейную характеристику, как в законе Хука, а степенную.
Степень определяется химическим составом газа и равна РЕАЛЬНОМУ показателю адиабаты этого газа.
Т.е.  после адиабатного сжатия газа под действием некоей внешней силы, А-Б-В потом накопленная газом "энергия сжатия" может совершить некую полезную работу В-Б, например, поднимая какой-нибудь груз массой \(m\) на высоту \(h\)

Пока я говорю об идеальном газе, для которого выражение \(P = P_0\frac {V_0}{V}\)
Тут вам и закон Бойля-Мариотта и закон Гука в одном флаконе.
Приятно общаться с другим Иванычем, типа культурным.

[Петр Иванович]

В цикле Карно газ расширяется не адиабатно, (без теплообмена с нагревателем, или холодильником),
а с подогревом нагревателем, для обеспечения постоянного давления.
То есть изобарно-изотермически

Боже, боже...
Дачник, ну посмотри на график цикла Карно:

Вот расширение - процесс D-E (изотермическое расширение)  и процесс E-B (адиабатное расширение)
И тот, и другой процесс идут С ИЗМЕНЕНИЕМ ДАВЛЕНИЯ, как видно на графике.
Если бы процесс шел с постоянным давлением, то это бы выглядело на графике как горизонтальная прямая линия...
 

В полезную работу переходит тепловая энергия, которая добавляется при изобарно-изотермическом расширении.

Полезная работа - это поднять груз массой \(m\) на высоту \(h\)...
В цикле Карно никакой полезной работы не выполняется.

[Петр Иванович]

Пока я говорю об идеальном газе, для которого выражение \(P = P_0\frac {V_0}{V}\)

И азот, и кислород, (и из смесь - воздух), и гелий и даже углекислый газ при Н.У. ведут себя в полном соответствии с выражением \(P = P_0\frac {V_0}{V}\)
Газовые законы - это ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО УСТАНОВЛЕННЫЕ ЗАКОНЫ.

[Dachnik]

Боже, боже...
Дачник, ну посмотри на график цикла Карно:

Вот расширение - процесс D-E (изотермическое расширение)  и процесс E-B (адиабатное расширение)
И тот, и другой процесс идут С ИЗМЕНЕНИЕМ ДАВЛЕНИЯ, как видно на графике.
Если бы процесс шел с постоянным давлением, то это бы выглядело на графике как горизонтальная прямая линия...

С чего вы решили, что эта "дурка" диограмма цикла Карно, таких форумных циклов до хрена.
Диаграмм Карно я не видел, но слышал и принципе Карно, по которому потенциальная энергия тепла тела, определяется по высоте температуры тела по отношению к начальной температуре.
Типа, как потенциальная механическая энергия в гравитационном поле, определяется по отношению к начальной высоте тела.
Полагаю, что понятие потенциальной энергии теплоты я ввожу первым.
Я готовлю отдельную тему про потенциальную энергию тепловой энергии
Прошу принять участие в обсуждении.
Акрамя вас, тута термодинамика только повод .........ть.
Карно рассуждал о КПД тепловых машин, типа перехода тепловой энергии в механическую.
Кстати, дебильная вики... вообще понятия тепловая энергия отрицает, говорят это им напоминает теплород &/
Если объем газа адиабатно сжать, а потом адиабатно охладить, то никакой работы это не произведет, по определению.
Но Карно мысленно в сжатый  адиабатно газ, добавил еще тепла (тепловой энергии), столько, чтобы при адиабатном охлаждении, давление и температура оставались постоянными.
Тогда верхняя адиабата превратится в изотерму и изобару, то есть прямую параллельную оси V в диаграмме PV.
Если поршень будет поднимать груз весом 1 кГ на высоту 1 метр, то он  совершит работу равную 1кГм
= m(кг)*9.81метр/сек²*метр = 9.81 Дж.
Но при охлаждении работа останется, а энергия газа уменьшится, потому Карно возвращает газу энергию адиабатным сжатием.
Что из этого получается я и излагал в своих темах.

Полезная работа - это поднять груз массой \(m\) на высоту \(h\)...
В цикле Карно никакой полезной работы не выполняется.

А если подумать.

[---]

КПД - коэффициент ПОЛЕЗНОГО действия...
Что за "полезное действие" выполняется в цикле Карно?

Вот это Лук..



..и это тоже лук..



Слова ОДИНАКОВЫЕ.
Смысл РАЗНЫЙ..

Термины "КПД" и "термодинамический КПД Карно" содержат в себе одинаковое слово "КПД" но, обозначают РАЗНОЕ!

Ты никогда этого не поймешь, Петро..
Потому что ты дурак, Петро
Смирись

[Dachnik]

Вот это Лук..
..и это тоже лук..
Слова ОДИНАКОВЫЕ.
Смысл РАЗНЫЙ..

Термины "КПД" и "термодинамический КПД Карно" содержат в себе одинаковое слово "КПД" но, обозначают РАЗНОЕ!

Ты никогда этого не поймешь, Петро..
Потому что ты дурак, Петро
Смирись

Остроумно, но давайте в моих темах без подобного.
Мне разрешили, чтобы мои темы должны быть избавлены от такого юмора.
Тута не только детишки,типа сяза, или впавшие в детство.
Но и реальные детишки заходят.
А тут их пугают взрослые дяденьки голым задом и своими разборками.
Ихвените

[Метафизик]

Дачник! Вы напрасно манкируете мою схему с рельсом в качестве РТ. Она реально поможет понять что такое КПД цикла Карно.

Пирдухе уже не поможет...

[Dachnik]

Дачник! Вы напрасно манкируете мою схему с рельсом в качестве РТ. Она реально поможет понять что такое КПД цикла Карно.

Я вам объяснял, что при нагревании газа в цилиндре, все тепло приводит к линейному перемещению поршня и совершению работы.
При нагревании рельса любой массы, линейное расширение одинаковое, но чем больше сечение (масса) рельса, тем больше тепла уходит на его объемное расширение, которое не может перейти в линейное, как у газа.
Но вы не поняли.
 

[Dachnik]

Кроме шуток:
Исключать потери на трение, как и любые другие, при обсуждении КПД цикла Карно, неправильно. Это ошибка. Которая говорит о
НЕПОНИМАНИИ темы...

Но как быть, если  трение поршня о стенки цилиндра Карно  считал  работой?
Цилиндр он грел не теплом газа, а трением поршня о стенки.
Для чистоты эксперимента.

[---]

Я вам объяснял, что при нагревании газа в цилиндре, все тепло приводит к линейному перемещению поршня и совершению работы.

А я уже устал объяснять тебе, что это "линейное перемещение поршня" сопровождается ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ изменением объема dV
И величина работы, которую совершит Рабочее тело (в твоем случае, Газ) будет зависеть только и исключительно от величины этого изменения объема..

A=p*dV

При нагревании рельса любой массы, линейное расширение одинаковое, но чем больше сечение (масса) рельса, тем больше тепла уходит на его объемное расширение, которое не может перейти в линейное, как у газа.
Но вы не поняли.
 

Это ты никак не поймешь, что расширение Рельса тоже "линейное", только в "разные стороны"..
И сопровождается такое Расширение ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ увеличением Объема Рельса dV..
При этом величина Работы, которую совершит рельс расширяясь, составит..
 
A=p*dV

Пока ты этого не поймешь, ты так и будешь барахтаться на мелководье

[Dejavu]

С чего вы решили, что эта "дурка" диограмма цикла Карно, таких форумных циклов до хрена.

Например...
Цикл Карно насыщенного пара (рис. 27.3.)