7.4 Värmekraftmaskiner

7.4 Värmekraftmaskiner

L13

Värmekraftmaskiner är maskiner som omvandlar värmeenergi till mekanisk energi.  Förbränningsmotorer, ångmaskiner och jetmotorer är exempel på värmekraftmaskiner. Alla värmekraftmaskiner baserar sig på termo­ dynamikens första huvudsats; värme strömmar  från en "värmebehållare" till ett system. En del  av värmen utför arbete på systemet, medan  resten strömmar vidare till en annan  "behållare" med lägre temperatur. Till slut  återgår systemet till samma inre energi det  hade före värmetillförseln. I praktiken är "värmebehållaren" oftast en del av systemet,  och den kallare "behållaren" är helt enkelt maskinens omgivning. 7.4.1 Arbetet i en värmekraftmaskin Eftersom en viss värmeenergi sätts in i  maskinen och en mindre värmeenergi kommer  ut ur den, och maskinens inre energi återgår till  sitt startläge i slutet av en maskincykel, måste  det arbete som maskinen utför vara skillnaden  mellan den mottagna värmen och den avgivna  värmen. Detta kan vi skiva i formen (37)

Arbetet som area Om maskinen grundar sig på gasers utvidg­ ning, kan vi även beräkna arbetet maskinen  utför som arean under grafen i ett koordinat­ system över gasens volym och tryck, dvs. ett  (V,p)­koordinatsystem.

1

Ex. 25

L13

Värmeförflyttningen för en maskincykel är  given i figuren. Beräkna det utförda arbetet.

2

Ex. 26

L13

Kolven trycker på gasen och trycket ökar från  1,00×105 till 3,00×105 Pa samtidigt som  volymen minskar från  3,50×10−2 till 0,50×10−2  m3. Hur stort arbete utför gasen?

3

7.5 Värmekraftmaskinens verkningsgrad

L13

Värmekraftmaskinen omvandlar värme­energi till arbete. Verkningsgraden för maskinen  bestäms på samma sätt som för alla andra maskiner; verkningsgraden är förhållandet  mellan den energi som tas ut ur maskinen och den energi som sätts in i maskinen. I  detta fall är energin in alltså värme, och energin ut är det arbete maskinen utför. 

7.5.1 Termisk verkningsgrad Arbetet som en värmekraftmaskin utför är skillnaden mellan värmen som  går in i maskinen och värmen som avges från maskinen. Vi får ett alltså ett  uttryck för den termiska verkningsgraden:

(38)

7.5.2 Carnotverkningsgrad Ett annat sätt att ange verkningsgraden är den så kallade Carnotverkningsgraden.  Här jämför man temperaturen mellan den varma behållaren och den kalla  behållaren. Carnotverkningsgraden anger den högsta teoretiska verkningsgraden  för en värmekraftmaskin. Det matematiska uttrycket är

(39)

T1 är temperaturen i den varmare behållaren och T2 temperaturen i den kallare  behållaren. OBS! Temperaturerna måste ges i kelvin!

7.6 Värmevärde H Värmevärdet H för ett ämne anger hur mycket energi som frigörs per massenhet av  ämnet då man bränner det. Man anger värmevärdet som energi per kg av ämnet, dvs. i  formen (40)

4

L13

Ex. 27

Beräkna maskinens verkningsgrad.

5

7.6 Värmemaskiner

L13

En värmemaskin är inte en  värmekraftmaskin, utan en maskin där idén  är att flytta värme med hjälp av mekanisk  energi. Ett annat namn för en värmemaskin  är värmepump. Enkelt uttryckt tar man värme  från ett kallare område och använder energi  utifrån systemet för att flytta värmen till ett  varmare område. Kylskåpet är ett exempel på en  värmemaskin. För en närmare beskrivning av  kylskåpets funktion, se sidan 134.

Läs sid 129­134 Lös uppgifter: Alla på sidan 136

6

Bilagor

bunnydea.avi