Рабочее тело двигателя
Рабочее тело двигателя — это вещество, которое получает теплоту от нагревателя, изменяет своё состояние и совершает механическую работу. В большинстве тепловых двигателей рабочим телом служит газ: например, воздух, водяной пар или продукты сгорания топлива.
Рабочее тело находится между основными частями нагревателем теплового двигателя и холодильником. Сначала оно получает от нагревателя количество теплоты \(Q_1\). При этом температура, давление или объём рабочего тела изменяются. Затем, например при расширении газа, оно действует на поршень и совершает работу \(A\). Часть энергии после этого передаётся холодильнику как количество теплоты \(Q_2\).
Связь с первым законом термодинамики
Состояние рабочего тела описывают температурой, давлением и объёмом. Для отдельного участка процесса полученная теплота расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы. Это выражается первым законом термодинамики.
Здесь \(Q\) — полученная рабочим телом теплота, \(\Delta U\) — изменение его внутренней энергии, а \(A\) — работа, совершённая рабочим телом. В циклическом процессе рабочее тело возвращается в исходное состояние, поэтому за цикл \(\Delta U=0\) и полученная теплота превращается в работу с учётом теплоты, отданной холодильнику.
В цилиндре находится газ под поршнем. При нагревании газ расширяется, поднимает поршень и совершает механическую работу. В этом случае газ является рабочим телом, а цилиндр и поршень передают его действие наружу.
Рабочее тело — не сам двигатель и не источник теплоты. Тепловой двигатель — это устройство целиком, нагреватель передаёт энергию, а рабочее тело получает её и совершает работу. Например, бензин в баке — топливо, а раскалённые продукты его сгорания в цилиндре — рабочее тело.
Что является рабочим телом в поршневом двигателе внутреннего сгорания?
Главное
- Рабочее тело — вещество, которое получает теплоту и совершает механическую работу.
- Обычно рабочим телом служит газ или пар; в общем случае \(Q=\Delta U+A\).
- В циклическом процессе рабочее тело возвращается в исходное состояние, а его внутренняя энергия за цикл не изменяется.