তাপীয় ইঞ্জিন হল একটি ইঞ্জিন যা তাপ শক্তির উৎস ব্যবহার করে কাজ করে।

তাপ শক্তি ( হিটার প্র) উৎস থেকে ইঞ্জিনে স্থানান্তরিত হয় এবং ইঞ্জিন প্রাপ্ত শক্তির কিছু অংশ কাজ সম্পাদনের জন্য ব্যয় করে ডব্লিউ, অব্যয় শক্তি ( রেফ্রিজারেটর Q) রেফ্রিজারেটরে পাঠানো হয়, যার ভূমিকা পালন করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, পার্শ্ববর্তী বায়ু দ্বারা। রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা হিটারের তাপমাত্রার চেয়ে কম হলেই হিট ইঞ্জিনটি কাজ করতে পারে।

একটি তাপ ইঞ্জিনের কর্মক্ষমতা সহগ (COP) সূত্রটি ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে: দক্ষতা = W/Q ng.

দক্ষতা = 1 (100%) যদি সমস্ত তাপ শক্তি কাজে রূপান্তরিত হয়। দক্ষতা = 0 (0%) যদি কোন তাপ শক্তি কাজে রূপান্তরিত না হয়।

একটি প্রকৃত তাপ ইঞ্জিনের কার্যকারিতা 0 থেকে 1 পর্যন্ত; দক্ষতা যত বেশি, ইঞ্জিন তত বেশি দক্ষ।

Q x /Q ng = T x / T ng দক্ষতা = 1-(Q x /Q ng) দক্ষতা = 1-(T x /T ng)

তাপগতিবিদ্যার তৃতীয় সূত্রটি বিবেচনা করে, যা বলে যে পরম শূন্যের তাপমাত্রায় পৌঁছানো অসম্ভব (T=0K), আমরা বলতে পারি যে দক্ষতা=1 সহ একটি তাপ ইঞ্জিন তৈরি করা অসম্ভব, যেহেতু Tx সর্বদা >0।

হিটারের তাপমাত্রা যত বেশি এবং রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা যত কম হবে, হিট ইঞ্জিনের কার্যক্ষমতা তত বেশি হবে।

ইঞ্জিন দ্বারা সম্পন্ন কাজ হল:

এই প্রক্রিয়াটি 1824 সালে ফরাসি প্রকৌশলী এবং বিজ্ঞানী এনএলএস কার্নোট "আগুনের চালিকা শক্তি এবং এই শক্তি বিকাশে সক্ষম মেশিনগুলির প্রতিফলন" বইতে প্রথম বিবেচনা করেছিলেন।

কার্নোটের গবেষণার লক্ষ্য ছিল সেই সময়ের তাপ ইঞ্জিনের অসম্পূর্ণতার কারণ খুঁজে বের করা (তাদের কার্যক্ষমতা ≤ 5%) এবং তাদের উন্নতির উপায় খুঁজে বের করা।

কার্নোট চক্রটি সবচেয়ে কার্যকর। এর কার্যকারিতা সর্বাধিক।

চিত্রটি চক্রের থার্মোডাইনামিক প্রক্রিয়াগুলি দেখায়। তাপমাত্রায় আইসোথার্মাল সম্প্রসারণের সময় (1-2) টি 1 , হিটারের অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তনের কারণে কাজ করা হয়, অর্থাৎ গ্যাসে তাপ সরবরাহের কারণে প্র:

ক 12 = প্র 1 ,

কম্প্রেশনের আগে গ্যাস কুলিং (3-4) অ্যাডিয়াব্যাটিক প্রসারণের সময় ঘটে (2-3)। অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন ΔU 23 একটি adiabatic প্রক্রিয়া চলাকালীন ( প্রশ্ন = 0) সম্পূর্ণরূপে যান্ত্রিক কাজে রূপান্তরিত হয়:

ক 23 = -ΔU 23 ,

অ্যাডিয়াব্যাটিক প্রসারণের ফলে গ্যাসের তাপমাত্রা (2-3) ফ্রিজের তাপমাত্রায় নেমে আসে টি 2 < টি 1 . প্রক্রিয়ায় (3-4), গ্যাসটি আইসোথার্মালভাবে সংকুচিত হয়, তাপের পরিমাণ রেফ্রিজারেটরে স্থানান্তর করে প্রশ্ন 2:

A 34 = Q 2,

চক্রটি অ্যাডিয়াব্যাটিক কম্প্রেশন (4-1) প্রক্রিয়ার সাথে শেষ হয়, যেখানে গ্যাস একটি তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হয় টি 1.

কার্নোট চক্র অনুযায়ী আদর্শ গ্যাস তাপ ইঞ্জিনের সর্বোচ্চ দক্ষতা মান:

.

সূত্রের সারমর্ম প্রমাণিত হয় সঙ্গে. কার্নোটের উপপাদ্য যে কোনো তাপ ইঞ্জিনের কার্যকারিতা হিটার এবং রেফ্রিজারেটরের একই তাপমাত্রায় পরিচালিত কার্নোট চক্রের কার্যকারিতা অতিক্রম করতে পারে না।

বিষয়: "একটি তাপ ইঞ্জিন পরিচালনার নীতি। সর্বোচ্চ দক্ষতা সহ তাপ ইঞ্জিন।"

ফর্ম:কম্পিউটার প্রযুক্তি ব্যবহার করে সম্মিলিত পাঠ।

লক্ষ্য:

• মানুষের জীবনে তাপ ইঞ্জিন ব্যবহারের গুরুত্ব দেখাও।
• বাস্তব তাপ ইঞ্জিনের পরিচালনার নীতি এবং কার্নোট চক্র অনুযায়ী একটি আদর্শ ইঞ্জিন পরিচালনা করুন।
• একটি বাস্তব ইঞ্জিনের দক্ষতা বাড়ানোর সম্ভাব্য উপায়গুলি বিবেচনা করুন।
• শিক্ষার্থীদের মধ্যে কৌতূহল, প্রযুক্তিগত সৃজনশীলতার প্রতি আগ্রহ, বিজ্ঞানী ও প্রকৌশলীদের বৈজ্ঞানিক সাফল্যের প্রতি শ্রদ্ধার বিকাশ ঘটানো।

পাঠ পরিকল্পনা.

না.	প্রশ্ন	সময় (মিনিট)
1	আধুনিক পরিস্থিতিতে তাপ ইঞ্জিন ব্যবহারের প্রয়োজনীয়তা দেখাও।
2	"তাপ ইঞ্জিন" ধারণার পুনরাবৃত্তি। তাপ ইঞ্জিনের প্রকার: অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন (কারবুরেটর, ডিজেল), বাষ্প এবং গ্যাস টারবাইন, টার্বোজেট এবং রকেট ইঞ্জিন।
3	নতুন তাত্ত্বিক উপাদানের ব্যাখ্যা। হিট ইঞ্জিনের ডায়াগ্রাম এবং গঠন, অপারেটিং নীতি, দক্ষতা। কার্নোট চক্র, আদর্শ তাপ ইঞ্জিন, এর দক্ষতা। একটি বাস্তব এবং আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতার তুলনা।
4	সমস্যার সমাধান নং 703 (স্টেপানোভা), নং 525 (বেন্দ্রিকভ)।
5	একটি তাপ ইঞ্জিন মডেলের সাথে কাজ করা।
6	সারসংক্ষেপ। হোমওয়ার্ক § 33, সমস্যা নং 700 এবং নং 697 (স্টেপানোভা)

তাত্ত্বিক উপাদান

প্রাচীনকাল থেকেই, মানুষ শারীরিক পরিশ্রম থেকে মুক্ত হতে চায় বা কিছু নড়াচড়া করার সময় এটি সহজ করতে চেয়েছিল, আরও শক্তি এবং গতি পেতে চায়।
বিমানের কার্পেট, সেভেন-লিগ বুট এবং জাদুকর যা একজন মানুষকে কাঠির ঢেউ দিয়ে দূরবর্তী দেশে নিয়ে যায় সে সম্পর্কে কিংবদন্তি তৈরি করা হয়েছিল। ভারী বোঝা বহন করার সময়, লোকেরা গাড়ি আবিষ্কার করেছিল কারণ এটি রোল করা সহজ। তারপরে তারা প্রাণীদের অভিযোজিত করেছিল - গরু, হরিণ, কুকুর এবং বেশিরভাগ ঘোড়া। এভাবেই দেখা গেল গাড়ি আর গাড়ি। গাড়িতে, লোকেরা আরামের সন্ধান করেছিল, তাদের আরও বেশি করে উন্নতি করেছিল।
মানুষের গতি বাড়ানোর আকাঙ্ক্ষাও পরিবহন উন্নয়নের ইতিহাসে ঘটনা পরিবর্তনকে ত্বরান্বিত করেছে। গ্রীক "অটোস" - "নিজেকে" এবং ল্যাটিন "মোবিলিস" - "মোবাইল", বিশেষণটি "স্ব-চালিত", আক্ষরিক অর্থে "অটো-মোবাইল", ইউরোপীয় ভাষায় গঠিত হয়েছিল।

এটি ঘড়ি, স্বয়ংক্রিয় পুতুল, সমস্ত ধরণের প্রক্রিয়াতে, সাধারণভাবে, এমন সমস্ত কিছুতে প্রযোজ্য যা একজন ব্যক্তির "চলমান", "উন্নতি" এর এক ধরণের সংযোজন হিসাবে কাজ করে। 18 শতকে, তারা বাষ্প শক্তি দিয়ে জনশক্তি প্রতিস্থাপন করার চেষ্টা করেছিল এবং ট্র্যাকলেস গাড়িতে "কার" শব্দটি প্রয়োগ করেছিল।

1885-1886 সালে উদ্ভাবিত এবং নির্মিত একটি অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন সহ প্রথম "পেট্রোল কার" থেকে একটি গাড়ির বয়স কেন শুরু হয়? যেন ভুলে যাওয়া বাষ্প এবং ব্যাটারি (বৈদ্যুতিক) ক্রুদের কথা। আসল বিষয়টি হ'ল অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন পরিবহন প্রযুক্তিতে একটি সত্যিকারের বিপ্লব করেছে। দীর্ঘ সময়ের জন্য, এটি একটি গাড়ির ধারণার সাথে সবচেয়ে সামঞ্জস্যপূর্ণ হয়ে উঠেছে এবং তাই দীর্ঘ সময়ের জন্য তার প্রভাবশালী অবস্থান ধরে রেখেছে। অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন সহ যানবাহনের অংশ আজ বিশ্বব্যাপী সড়ক পরিবহনের 99.9% এরও বেশি।<অ্যানেক্স 1 >

তাপ ইঞ্জিনের প্রধান অংশ

আধুনিক প্রযুক্তিতে যান্ত্রিক শক্তি মূলত জ্বালানির অভ্যন্তরীণ শক্তি থেকে পাওয়া যায়। যে ডিভাইসগুলিতে অভ্যন্তরীণ শক্তি যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয় তাদের তাপ ইঞ্জিন বলে।<পরিশিষ্ট 2 >

একটি হিটার নামক একটি ডিভাইসে জ্বালানী জ্বালিয়ে কাজ সম্পাদন করতে, আপনি একটি সিলিন্ডার ব্যবহার করতে পারেন যেখানে গ্যাস উত্তপ্ত এবং প্রসারিত হয় এবং একটি পিস্টন সরানো হয়।<পরিশিষ্ট 3 > যে গ্যাসের প্রসারণের ফলে পিস্টন নড়াচড়া করে তাকে কার্যকারী তরল বলে। গ্যাস প্রসারিত হয় কারণ এর চাপ বাহ্যিক চাপের চেয়ে বেশি। কিন্তু গ্যাস প্রসারিত হওয়ার সাথে সাথে এর চাপ কমে যায় এবং শীঘ্রই বা পরে এটি বাহ্যিক চাপের সমান হয়ে যায়। তাহলে গ্যাসের প্রসারণ শেষ হয়ে যাবে এবং কাজ করা বন্ধ হয়ে যাবে।

কি করা উচিত যাতে তাপ ইঞ্জিনের অপারেশন বন্ধ না হয়? ইঞ্জিনটি অবিচ্ছিন্নভাবে কাজ করার জন্য, এটি প্রয়োজনীয় যে পিস্টন, গ্যাস প্রসারিত করার পরে, প্রতিবার তার আসল অবস্থানে ফিরে আসে, গ্যাসটিকে তার আসল অবস্থায় সংকুচিত করে। একটি গ্যাসের সংকোচন শুধুমাত্র একটি বাহ্যিক শক্তির প্রভাবে ঘটতে পারে, যা এই ক্ষেত্রে কাজ করে (এই ক্ষেত্রে গ্যাসের চাপ বল নেতিবাচক কাজ করে)। এর পরে, গ্যাস সম্প্রসারণ এবং সংকোচন প্রক্রিয়া আবার ঘটতে পারে। এর মানে হল যে একটি তাপ ইঞ্জিনের ক্রিয়াকলাপ অবশ্যই প্রসারণ এবং সংকোচনের পর্যায়ক্রমে পুনরাবৃত্তি প্রক্রিয়া (চক্র) নিয়ে গঠিত।

চিত্র 1 গ্রাফিকভাবে গ্যাস সম্প্রসারণের প্রক্রিয়াগুলি দেখায় (লাইন এবি) এবং মূল ভলিউমে কম্প্রেশন (লাইন সিডি)।সম্প্রসারণের সময় গ্যাস দ্বারা করা কাজটি ইতিবাচক ( AF > 0 এবিইএফ. কম্প্রেশনের সময় গ্যাস দ্বারা করা কাজটি নেতিবাচক (যেহেতু এ.এফ.< 0 ) এবং সংখ্যাগতভাবে চিত্রের ক্ষেত্রফলের সমান সিডিইএফ।এই চক্রের জন্য দরকারী কাজটি সাংখ্যিকভাবে বক্ররেখার নিচের এলাকার পার্থক্যের সমান এবিএবং সিডি(ছবিতে ছায়াময়)।
একটি হিটার, কাজের তরল এবং রেফ্রিজারেটরের উপস্থিতি যে কোনও তাপ ইঞ্জিনের ক্রমাগত চক্রাকার অপারেশনের জন্য একটি মৌলিকভাবে প্রয়োজনীয় শর্ত।

তাপ ইঞ্জিন দক্ষতা

কার্যকারী তরল, হিটার থেকে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ Q 1 গ্রহণ করে, এই পরিমাণ তাপের একটি অংশ, মডুলাস |Q2| এর সমান, রেফ্রিজারেটরে দেয়। অতএব, করা কাজ বড় হতে পারে না A = Q 1 - |Q 2 |হিটার থেকে প্রসারিত গ্যাস দ্বারা প্রাপ্ত তাপের পরিমাণের সাথে এই কাজের অনুপাতকে বলা হয় দক্ষতাতাপ ইঞ্জিন:

একটি বদ্ধ চক্রে কাজ করা একটি তাপ ইঞ্জিনের কার্যকারিতা সর্বদা একের চেয়ে কম। তাপবিদ্যুৎ প্রকৌশলের কাজ হল কার্যক্ষমতাকে যথাসম্ভব উচ্চতর করা, অর্থাৎ হিটার থেকে প্রাপ্ত তাপের যতটা সম্ভব ব্যবহার করে কাজ উৎপাদন করা। এটা কিভাবে অর্জন করা সম্ভব?
প্রথমবারের মতো, 1824 সালে ফরাসি পদার্থবিদ এবং প্রকৌশলী এস. কার্নট দ্বারা সমন্বিত আইসোথার্ম এবং অ্যাডিয়াব্যাট সমন্বিত সবচেয়ে নিখুঁত চক্রীয় প্রক্রিয়াটি প্রস্তাব করা হয়েছিল।

কার্নোট চক্র।

আসুন আমরা ধরে নিই যে গ্যাসটি একটি সিলিন্ডারে রয়েছে, যার দেয়াল এবং পিস্টন একটি তাপ-অন্তরক উপাদান দিয়ে তৈরি এবং নীচের অংশটি উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সহ একটি উপাদান দিয়ে তৈরি। গ্যাস দ্বারা দখলকৃত আয়তনের সমান ভি 1.

চলুন সিলিন্ডারটিকে হিটারের সংস্পর্শে নিয়ে আসা যাক (চিত্র 2) এবং গ্যাসটিকে আইসোথার্মালভাবে প্রসারিত করার এবং কাজ করার সুযোগ দিন . গ্যাস হিটার থেকে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ গ্রহণ করে প্রশ্ন 1.এই প্রক্রিয়াটি গ্রাফিকভাবে একটি আইসোথার্ম (বক্ররেখা) দ্বারা উপস্থাপিত হয় এবি).

যখন গ্যাসের আয়তন একটি নির্দিষ্ট মানের সমান হয় V 1'< V 2 , সিলিন্ডারের নীচের অংশ হিটার থেকে বিচ্ছিন্ন , এর পরে, গ্যাসটি আয়তনে adiabatically প্রসারিত হয় V 2,সিলিন্ডারে পিস্টনের সর্বাধিক সম্ভাব্য স্ট্রোকের সাথে সম্পর্কিত (এডিয়াব্যাটিক সূর্য) এই ক্ষেত্রে, গ্যাস একটি তাপমাত্রায় ঠান্ডা হয় টি 2< T 1 .
ঠাণ্ডা গ্যাস এখন তাপমাত্রায় আইসোথার্মালভাবে সংকুচিত হতে পারে T2.এটি করার জন্য, এটি একই তাপমাত্রার শরীরের সাথে যোগাযোগ করতে হবে টি 2,অর্থাৎ একটি রেফ্রিজারেটর সহ , এবং একটি বাহ্যিক শক্তি দ্বারা গ্যাস সংকুচিত. যাইহোক, এই প্রক্রিয়ায় গ্যাসটি তার আসল অবস্থায় ফিরে আসবে না - এর তাপমাত্রা সর্বদা তার চেয়ে কম থাকবে টি 1।
অতএব, আইসোথার্মাল কম্প্রেশন একটি নির্দিষ্ট মধ্যবর্তী আয়তনে আনা হয় V 2 '> V 1(ইসোথার্ম সিডি) এই ক্ষেত্রে, গ্যাস রেফ্রিজারেটরে কিছুটা তাপ দেয় প্রশ্ন ২,এটিতে সম্পাদিত কম্প্রেশন কাজের সমান। এর পরে, গ্যাসটি একটি আয়তনে adiabatically সংকুচিত হয় ভ 1,একই সময়ে এর তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায় টি 1(এডিয়াব্যাটিক ডি.এ.) এখন গ্যাসটি তার আসল অবস্থায় ফিরে এসেছে, যেখানে এর আয়তন V 1 এর সমান, তাপমাত্রা - T1,চাপ - পৃ 1, এবং চক্র আবার পুনরাবৃত্তি করা যেতে পারে.

সুতরাং, সাইটে এবিসিগ্যাস কাজ করে (A > 0),এবং সাইটে সিডিএগ্যাসের উপর কাজ করা হয়েছে (এ< 0). সাইট এ সূর্যএবং বিজ্ঞাপনকাজ শুধুমাত্র গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি পরিবর্তন করে করা হয়। যেহেতু অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন UBC = –ইউডিএ, তারপর adiabatic প্রক্রিয়ার সময় কাজ সমান: ABC = –ADA।ফলস্বরূপ, প্রতি চক্রে সম্পাদিত মোট কাজটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া চলাকালীন কাজের পার্থক্য দ্বারা নির্ধারিত হয় (বিভাগ এবিএবং সিডি) সংখ্যাগতভাবে, এই কাজটি চক্র বক্ররেখা দ্বারা আবদ্ধ চিত্রের ক্ষেত্রফলের সমান এ বি সি ডি.
তাপের পরিমাণের মাত্র একটি অংশই আসলে উপকারী কাজে রূপান্তরিত হয় QT,হিটার থেকে প্রাপ্ত, সমান QT 1 – |QT 2 |সুতরাং, কার্নোট চক্রে, দরকারী কাজ A = QT 1 – |QT 2 |
S. Carnot দ্বারা দেখানো আদর্শ চক্রের সর্বাধিক কার্যকারিতা হিটার তাপমাত্রার পরিপ্রেক্ষিতে প্রকাশ করা যেতে পারে (টি 1)এবং রেফ্রিজারেটর (টি 2):

বাস্তব ইঞ্জিনগুলিতে আদর্শ আইসোথার্মাল এবং এডিয়াব্যাটিক প্রক্রিয়াগুলির সমন্বয়ে একটি চক্র বাস্তবায়ন করা সম্ভব নয়। অতএব, বাস্তব ইঞ্জিনগুলিতে চালিত চক্রের কার্যকারিতা সর্বদা কার্নোট চক্রের দক্ষতার চেয়ে কম (হিটার এবং রেফ্রিজারেটরের একই তাপমাত্রায়):

সূত্রটি দেখায় যে হিটারের তাপমাত্রা যত বেশি এবং রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা যত কম হবে, ইঞ্জিনের দক্ষতা তত বেশি হবে।

সমস্যা নং 703

ইঞ্জিন কার্নোট চক্র অনুযায়ী কাজ করে। একটি হিট ইঞ্জিনের কার্যকারিতা কীভাবে পরিবর্তিত হবে যদি, একটি স্থির রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা 17 o সেন্টিগ্রেডে, হিটারের তাপমাত্রা 127 থেকে 447 o সেন্টিগ্রেডে বৃদ্ধি করা হয়?

সমস্যা নং 525

একটি ট্র্যাক্টর ইঞ্জিনের কার্যকারিতা নির্ধারণ করুন, যার জন্য 1.9 × 107 J এর কাজ সম্পাদন করতে 4.2 · 107 J/kg দহনের নির্দিষ্ট তাপ সহ 1.5 কেজি জ্বালানী প্রয়োজন।

বিষয়ে একটি কম্পিউটার পরীক্ষা নেওয়া।<পরিশিষ্ট 4 > একটি তাপ ইঞ্জিন মডেল সঙ্গে কাজ.

« পদার্থবিদ্যা - দশম শ্রেণী"

সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য, আপনাকে তাপ ইঞ্জিনগুলির কার্যকারিতা নির্ধারণের জন্য পরিচিত অভিব্যক্তিগুলি ব্যবহার করতে হবে এবং মনে রাখবেন যে অভিব্যক্তি (13.17) শুধুমাত্র একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের জন্য বৈধ৷

কার্যক্রম 1.

একটি বাষ্প ইঞ্জিনের বয়লারে তাপমাত্রা 160 °C এবং রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা 10 °C।
60% দক্ষতার সাথে একটি চুল্লিতে 2.9 10 7 J/kg দহনের নির্দিষ্ট তাপে 200 কেজি ওজনের কয়লা পোড়ানো হলে তাত্ত্বিকভাবে একটি মেশিন সর্বাধিক কী কাজ করতে পারে?

সমাধান।

কার্নোট চক্র অনুসারে পরিচালিত একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিন দ্বারা সর্বাধিক কাজ করা যেতে পারে, যার কার্যকারিতা হল η = (T 1 - T 2)/T 1, যেখানে T 1 এবং T 2 হল হিটারের পরম তাপমাত্রা এবং রেফ্রিজারেটর যে কোনো তাপ ইঞ্জিনের জন্য, দক্ষতা η = A/Q 1 সূত্র দ্বারা নির্ধারিত হয়, যেখানে A হল তাপ ইঞ্জিন দ্বারা সম্পাদিত কাজ, Q 1 হল হিটার থেকে মেশিন দ্বারা প্রাপ্ত তাপের পরিমাণ।
সমস্যার অবস্থা থেকে এটা স্পষ্ট যে Q 1 হল জ্বালানী জ্বলনের সময় নির্গত তাপের পরিমাণের অংশ: Q 1 = η 1 mq।

তাহলে কোথায় A = η 1 mq(1 - T 2 /T 1) = 1.2 10 9 J.

টাস্ক 2।

N = 14.7 কিলোওয়াট শক্তি সহ একটি বাষ্প ইঞ্জিন প্রতি 1 ঘন্টায় m = 8.1 কেজি ওজনের জ্বালানী খরচ করে, যার দহনের একটি নির্দিষ্ট তাপ q = 3.3 10 7 J/kg।
বয়লার তাপমাত্রা 200 °C, রেফ্রিজারেটর 58 °C।
এই মেশিনের কার্যকারিতা নির্ধারণ করুন এবং একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের দক্ষতার সাথে তুলনা করুন।

সমাধান।

একটি তাপ ইঞ্জিনের কার্যকারিতা সম্পন্ন যান্ত্রিক কাজ A এবং জ্বালানী জ্বলনের সময় নির্গত তাপ Qlt এর ব্যয়িত পরিমাণের অনুপাতের সমান।
তাপের পরিমাণ Q 1 = mq.

একই সময়ে করা কাজ A = Nt.

এইভাবে, η = A/Q 1 = Nt/qm = 0.198, বা η ≈ 20%।

একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের জন্য η < η ид.

টাস্ক 3।

দক্ষতা η সহ একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিন একটি বিপরীত চক্রে কাজ করে (চিত্র 13.15)।

যান্ত্রিক কাজ A সম্পাদন করে রেফ্রিজারেটর থেকে সর্বোচ্চ কত তাপ নেওয়া যায়?

যেহেতু রেফ্রিজারেশন মেশিন একটি বিপরীত চক্রে কাজ করে, কম উত্তপ্ত শরীর থেকে তাপকে আরও উত্তপ্ত শরীরে স্থানান্তর করার জন্য, বাহ্যিক শক্তিগুলির জন্য ইতিবাচক কাজ করা প্রয়োজন।
একটি রেফ্রিজারেশন মেশিনের পরিকল্পিত চিত্র: রেফ্রিজারেটর থেকে একটি পরিমাণ তাপ Q 2 নেওয়া হয়, কাজটি বাহ্যিক শক্তি দ্বারা করা হয় এবং একটি পরিমাণ তাপ Q 1 হিটারে স্থানান্তরিত হয়।
তাই, Q 2 = Q 1 (1 - η), Q 1 = A/η।

অবশেষে, Q 2 = (A/η)(1 - η)।

উত্স: "পদার্থবিদ্যা - 10 তম শ্রেণী", 2014, পাঠ্যপুস্তক মায়াকিশেভ, বুখোভতসেভ, সোটস্কি

তাপগতিবিদ্যার মৌলিক বিষয়। তাপীয় ঘটনা - পদার্থবিদ্যা, 10ম শ্রেণীর পাঠ্যপুস্তক - শ্রেণীকক্ষ পদার্থবিদ্যা

« পদার্থবিদ্যা - দশম শ্রেণী"

একটি থার্মোডাইনামিক সিস্টেম কি এবং কোন পরামিতিগুলি এর অবস্থাকে চিহ্নিত করে।
তাপগতিবিদ্যার প্রথম ও দ্বিতীয় সূত্রগুলো বল।

এটি তাপ ইঞ্জিনের তত্ত্বের সৃষ্টি যা তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র গঠনের দিকে পরিচালিত করেছিল।

পৃথিবীর ভূত্বক এবং মহাসাগরে অভ্যন্তরীণ শক্তির মজুদ কার্যত সীমাহীন বলে মনে করা যেতে পারে। কিন্তু ব্যবহারিক সমস্যা সমাধানের জন্য, শক্তির মজুদ থাকা যথেষ্ট নয়। কলকারখানা ও কলকারখানা, যানবাহন, ট্রাক্টর এবং অন্যান্য মেশিনে গতিশীল মেশিন টুল সেট করতে, বৈদ্যুতিক কারেন্ট জেনারেটরের রোটর ঘোরানোর জন্য শক্তি ব্যবহার করতে সক্ষম হওয়াও প্রয়োজন। মানবতার ইঞ্জিন দরকার - কাজ করতে সক্ষম ডিভাইস। পৃথিবীর বেশিরভাগ ইঞ্জিনই রয়েছে তাপ ইঞ্জিন.

তাপ ইঞ্জিন- এগুলি এমন ডিভাইস যা জ্বালানীর অভ্যন্তরীণ শক্তিকে যান্ত্রিক কাজে রূপান্তর করে।

তাপ ইঞ্জিনের অপারেটিং নীতি।

একটি ইঞ্জিন কাজ করার জন্য, ইঞ্জিন পিস্টন বা টারবাইন ব্লেডের উভয় পাশে চাপের পার্থক্য থাকা প্রয়োজন। সমস্ত তাপ ইঞ্জিনে, এই চাপের পার্থক্য তাপমাত্রা বৃদ্ধি করে অর্জন করা হয় কাজের তরল(গ্যাস) পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার তুলনায় শত শত বা হাজার হাজার ডিগ্রি। এই তাপমাত্রা বৃদ্ধি ঘটে যখন জ্বালানী পোড়া হয়।

ইঞ্জিনের প্রধান অংশগুলির মধ্যে একটি হল একটি চলমান পিস্টন সহ একটি গ্যাস ভর্তি জাহাজ। সমস্ত তাপ ইঞ্জিনের কার্যকারী তরল হল গ্যাস, যা প্রসারণের সময় কাজ করে। কাজের তরল (গ্যাস) এর প্রাথমিক তাপমাত্রাকে T 1 দ্বারা চিহ্নিত করা যাক। বাষ্প টারবাইন বা মেশিনে এই তাপমাত্রা বাষ্প বয়লারে বাষ্প দ্বারা অর্জন করা হয়। অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন এবং গ্যাস টারবাইনে, ইঞ্জিনের ভিতরেই জ্বালানী পোড়ার ফলে তাপমাত্রা বৃদ্ধি ঘটে। তাপমাত্রা টি 1 বলা হয় হিটার তাপমাত্রা.

রেফ্রিজারেটরের ভূমিকা।

কাজ করার সাথে সাথে, গ্যাস শক্তি হারায় এবং অনিবার্যভাবে একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা T2-এ শীতল হয়, যা সাধারণত পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার থেকে সামান্য বেশি হয়। তারা তাকে ডাকে রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা. রেফ্রিজারেটর হল বায়ুমণ্ডল বা বর্জ্য বাষ্পকে শীতল ও ঘনীভূত করার বিশেষ যন্ত্র - ক্যাপাসিটার. পরবর্তী ক্ষেত্রে, রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার চেয়ে সামান্য কম হতে পারে।

সুতরাং, একটি ইঞ্জিনে, সম্প্রসারণের সময় কার্যকরী তরল কাজ করার জন্য তার সমস্ত অভ্যন্তরীণ শক্তি ছেড়ে দিতে পারে না। অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন এবং গ্যাস টারবাইন থেকে বর্জ্য বাষ্প বা নিষ্কাশন গ্যাসের সাথে কিছু তাপ অনিবার্যভাবে রেফ্রিজারেটরে (বায়ুমণ্ডল) স্থানান্তরিত হয়।

জ্বালানির অভ্যন্তরীণ শক্তির এই অংশটি নষ্ট হয়ে যায়। কর্মক্ষম তরলের অভ্যন্তরীণ শক্তির কারণে একটি তাপ ইঞ্জিন কাজ করে। তদুপরি, এই প্রক্রিয়ায়, তাপ উত্তপ্ত দেহ (হিটার) থেকে ঠাণ্ডায় (ফ্রিজ) স্থানান্তরিত হয়। একটি তাপ ইঞ্জিনের পরিকল্পিত চিত্রটি 13.13 চিত্রে দেখানো হয়েছে।

ইঞ্জিনের কার্যকরী তরল জ্বালানী জ্বলনের সময় হিটার থেকে Q 1 তাপের পরিমাণ গ্রহণ করে, A" কাজ করে এবং তাপ পরিমাণ রেফ্রিজারেটরে স্থানান্তর করে প্রশ্ন 2< Q 1 .

ইঞ্জিনটি অবিচ্ছিন্নভাবে কাজ করার জন্য, কার্যকারী তরলটিকে তার প্রাথমিক অবস্থায় ফিরিয়ে দেওয়া প্রয়োজন, যেখানে কার্যকারী তরলের তাপমাত্রা টি 1 এর সমান। এটি অনুসরণ করে যে ইঞ্জিনটি পর্যায়ক্রমে পুনরাবৃত্তি করা বন্ধ প্রক্রিয়া অনুসারে বা, যেমন তারা বলে, একটি চক্রে কাজ করে।

সাইকেলপ্রক্রিয়াগুলির একটি সিরিজ যার ফলে সিস্টেমটি তার প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে।

একটি তাপ ইঞ্জিনের কর্মক্ষমতা (দক্ষতা) সহগ।

তাপ ইঞ্জিনগুলির কাজে গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তিকে সম্পূর্ণরূপে রূপান্তরিত করার অসম্ভবতা প্রকৃতির প্রক্রিয়াগুলির অপরিবর্তনীয়তার কারণে। যদি রেফ্রিজারেটর থেকে হিটারে তাপ স্বতঃস্ফূর্তভাবে ফিরে আসতে পারে, তবে অভ্যন্তরীণ শক্তি যে কোনও তাপ ইঞ্জিন দ্বারা সম্পূর্ণরূপে দরকারী কাজে রূপান্তরিত হতে পারে। তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটি নিম্নরূপ বলা যেতে পারে:

তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র:
দ্বিতীয় ধরণের একটি চিরস্থায়ী গতির যন্ত্র তৈরি করা অসম্ভব, যা তাপকে সম্পূর্ণরূপে যান্ত্রিক কাজে রূপান্তরিত করবে।

শক্তি সংরক্ষণের আইন অনুসারে, ইঞ্জিন দ্বারা করা কাজটি সমান:

A" = Q 1 - |Q 2 |, (13.15)

যেখানে Q 1 হল হিটার থেকে প্রাপ্ত তাপের পরিমাণ, এবং Q2 হল রেফ্রিজারেটরে দেওয়া তাপের পরিমাণ।

একটি হিট ইঞ্জিনের কর্মক্ষমতা (দক্ষতা) এর সহগ হল হিটার থেকে প্রাপ্ত তাপের পরিমাণের সাথে ইঞ্জিন দ্বারা সম্পাদিত "A" কাজের অনুপাত:

যেহেতু সমস্ত ইঞ্জিন কিছু পরিমাণ তাপ রেফ্রিজারেটরে স্থানান্তর করে, তারপর η< 1.

তাপ ইঞ্জিনের সর্বোচ্চ দক্ষতার মান।

তাপগতিবিদ্যার আইনগুলি তাপমাত্রা T1 এ একটি হিটার এবং T2 তাপমাত্রায় একটি রেফ্রিজারেটরের সাথে পরিচালিত একটি তাপ ইঞ্জিনের সর্বাধিক সম্ভাব্য কার্যকারিতা গণনা করা এবং সেইসাথে এটি বাড়ানোর উপায়গুলি নির্ধারণ করা সম্ভব করে তোলে।

প্রথমবারের মতো, একটি তাপ ইঞ্জিনের সর্বাধিক সম্ভাব্য কার্যকারিতা গণনা করেছিলেন ফরাসি প্রকৌশলী এবং বিজ্ঞানী সাদি কার্নোট (1796-1832) তার রচনা "আগুনের চালিকা শক্তির প্রতিফলন এবং এই শক্তি বিকাশে সক্ষম মেশিনগুলির উপর" (1824) )

কার্নোট একটি কার্যকরী তরল হিসাবে একটি আদর্শ গ্যাস সহ একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিন নিয়ে এসেছিল। একটি আদর্শ কার্নোট তাপ ইঞ্জিন দুটি আইসোথার্ম এবং দুটি অ্যাডিয়াব্যাট সমন্বিত একটি চক্রে কাজ করে এবং এই প্রক্রিয়াগুলিকে বিপরীতমুখী বলে মনে করা হয় (চিত্র 13.14)। প্রথমত, গ্যাস সহ একটি পাত্রকে হিটারের সংস্পর্শে আনা হয়, গ্যাস টি 1 তাপমাত্রায় ইতিবাচক কাজ করে, তাপীয়ভাবে প্রসারিত হয় এবং এটি Q 1 পরিমাণ তাপ পায়।

তারপরে পাত্রটি তাপীয়ভাবে উত্তাপিত হয়, গ্যাসটি adiabatically প্রসারিত হতে থাকে, যখন এর তাপমাত্রা রেফ্রিজারেটর T 2 এর তাপমাত্রায় নেমে আসে। এর পরে, গ্যাসটিকে রেফ্রিজারেটরের সংস্পর্শে আনা হয়; আইসোথার্মাল কম্প্রেশনের সময়, এটি রেফ্রিজারেটরে Q 2 এর পরিমাণ তাপ দেয়, একটি ভলিউম V 4 এ সংকুচিত করে।< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:

সূত্র (13.17) থেকে নিম্নরূপ, একটি কার্নট মেশিনের কার্যকারিতা হিটার এবং রেফ্রিজারেটরের পরম তাপমাত্রার পার্থক্যের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক।

এই সূত্রটির প্রধান তাৎপর্য হল এটি কার্যকারিতা বাড়ানোর উপায় নির্দেশ করে, এর জন্য হিটারের তাপমাত্রা বাড়ানো বা রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা কমানো প্রয়োজন।

T1 তাপমাত্রায় একটি হিটার এবং T2 তাপমাত্রায় একটি রেফ্রিজারেটরের সাথে পরিচালিত যেকোন প্রকৃত তাপ ইঞ্জিনের কার্যকারিতা একটি আদর্শ তাপ ইঞ্জিনের চেয়ে বেশি হতে পারে না: একটি বাস্তব তাপ ইঞ্জিনের চক্র তৈরি করে এমন প্রক্রিয়াগুলি বিপরীত হয় না।

সূত্র (13.17) তাপ ইঞ্জিনগুলির সর্বাধিক দক্ষতার মান জন্য একটি তাত্ত্বিক সীমা দেয়। এটি দেখায় যে একটি তাপ ইঞ্জিন আরও দক্ষ, হিটার এবং রেফ্রিজারেটরের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য তত বেশি।

শুধুমাত্র পরম শূন্যের সমান রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা η = 1 করে। উপরন্তু, এটি প্রমাণিত হয়েছে যে সূত্র (13.17) ব্যবহার করে গণনা করা কার্যকারিতা কার্যকারী পদার্থের উপর নির্ভর করে না।

কিন্তু রেফ্রিজারেটরের তাপমাত্রা, যার ভূমিকা সাধারণত বায়ুমণ্ডল দ্বারা অভিনয় করা হয়, কার্যত পরিবেশের বায়ু তাপমাত্রার চেয়ে কম হতে পারে না। আপনি হিটার তাপমাত্রা বৃদ্ধি করতে 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 পর্যাপ্ত উচ্চ তাপমাত্রায় এটি গলে যায়।

এখন প্রকৌশলীদের প্রধান প্রচেষ্টার লক্ষ্য হল ইঞ্জিনের যন্ত্রাংশের ঘর্ষণ, অসম্পূর্ণ দহনের কারণে জ্বালানীর ক্ষতি ইত্যাদি কমিয়ে তাদের দক্ষতা বৃদ্ধি করা।

একটি বাষ্প টারবাইনের জন্য, প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত বাষ্পের তাপমাত্রা প্রায় নিম্নরূপ: T 1 - 800 K এবং T 2 - 300 K। এই তাপমাত্রায়, সর্বাধিক দক্ষতার মান হল 62% (উল্লেখ্য যে কার্যক্ষমতা সাধারণত শতাংশ হিসাবে পরিমাপ করা হয়) . বিভিন্ন ধরণের শক্তির ক্ষতির কারণে প্রকৃত দক্ষতার মান প্রায় 40%। সর্বাধিক দক্ষতা - প্রায় 44% - ডিজেল ইঞ্জিন দ্বারা অর্জিত হয়।

পরিবেশ রক্ষা.

তাপ ইঞ্জিন ছাড়া আধুনিক বিশ্ব কল্পনা করা কঠিন। তারাই আমাদের আরামদায়ক জীবন প্রদান করে। তাপ ইঞ্জিন যানবাহন চালায়। পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র থাকা সত্ত্বেও প্রায় 80% বিদ্যুৎ তাপীয় ইঞ্জিন ব্যবহার করে উৎপন্ন হয়।

যাইহোক, তাপ ইঞ্জিন পরিচালনার সময়, অনিবার্য পরিবেশ দূষণ ঘটে। এটি একটি দ্বন্দ্ব: একদিকে, মানবজাতির প্রতি বছর আরও বেশি শক্তি প্রয়োজন, যার প্রধান অংশ জ্বালানীর দহনের মাধ্যমে প্রাপ্ত হয়, অন্যদিকে, দহন প্রক্রিয়াগুলি অনিবার্যভাবে পরিবেশ দূষণের সাথে থাকে।

যখন জ্বালানী জ্বলে তখন বায়ুমন্ডলে অক্সিজেনের পরিমাণ কমে যায়। উপরন্তু, দহন পণ্য নিজেরাই রাসায়নিক যৌগ গঠন করে যা জীবন্ত প্রাণীর জন্য ক্ষতিকর। দূষণ কেবল স্থলেই নয়, বায়ুতেও ঘটে, যেহেতু যে কোনও বিমানের ফ্লাইট বায়ুমণ্ডলে ক্ষতিকারক অমেধ্য নির্গমনের সাথে থাকে।

ইঞ্জিনগুলির একটি পরিণতি হল কার্বন ডাই অক্সাইডের গঠন, যা পৃথিবীর পৃষ্ঠ থেকে ইনফ্রারেড বিকিরণ শোষণ করে, যা বায়ুমণ্ডলীয় তাপমাত্রা বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে। এটি তথাকথিত গ্রিনহাউস প্রভাব। পরিমাপ দেখায় যে বায়ুমণ্ডলীয় তাপমাত্রা প্রতি বছর 0.05 °C বৃদ্ধি পায়। তাপমাত্রার এই ধরনের ক্রমাগত বৃদ্ধির ফলে বরফ গলে যেতে পারে, যার ফলে সমুদ্রের পানির স্তরের পরিবর্তন ঘটবে, অর্থাৎ মহাদেশের বন্যা।

তাপ ইঞ্জিন ব্যবহার করার সময় আমাদের আরও একটি নেতিবাচক পয়েন্ট নোট করা যাক। তাই, কখনও কখনও নদী এবং হ্রদের জল ইঞ্জিন ঠান্ডা করতে ব্যবহার করা হয়। তারপরে উত্তপ্ত জল ফিরিয়ে দেওয়া হয়। জলাশয়ের তাপমাত্রা বৃদ্ধি প্রাকৃতিক ভারসাম্যকে ব্যাহত করে; এই ঘটনাকে তাপ দূষণ বলা হয়।

পরিবেশ রক্ষার জন্য, বায়ুমণ্ডলে ক্ষতিকারক পদার্থের মুক্তি রোধ করতে বিভিন্ন পরিচ্ছন্নতার ফিল্টার ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং ইঞ্জিনের নকশা উন্নত করা হচ্ছে। জ্বালানির একটি ক্রমাগত উন্নতি রয়েছে যা জ্বলনের সময় কম ক্ষতিকারক পদার্থ তৈরি করে, সেইসাথে এর জ্বলনের প্রযুক্তিও। বায়ু, সৌর বিকিরণ এবং পারমাণবিক শক্তি ব্যবহার করে বিকল্প শক্তির উত্সগুলি সক্রিয়ভাবে বিকাশ করা হচ্ছে। ইলেকট্রিক গাড়ি এবং সৌরশক্তি চালিত গাড়ি ইতিমধ্যেই তৈরি করা হচ্ছে।