Перетворення тепла в механічну роботу

Шокуючий приклад

Тепло - це тепло, кінетична енергія найдрібніших частинок речовини. Цілком природно, що з цією енергією можна зробити багато роботи - якщо ми знайдемо шлях.

роботу
Помістіть поршень у циліндр діаметром 20 см (ббра). Додайте до поршня воду 210 ° C. Вони навряд чи могли повірити, що поршень штовхне поршень із силою 6000 кілограмів (60 метрів) навколо швидко рухаються молекул водяної пари.!
Припустимо, поршень рухається далі на 20 см (0,2 м).
Виконана робота становить 6000 кг . 0,2 м = 1200 м 2.

Це дає зрозуміти, чому винахід парової машини стало переломним моментом в людстві. Ми розуміємо, що промислова революція сучасної епохи розгорнулася з повною силою, коли машини, які перетворюють теплову енергію, що виділяється під час згоряння палива, у роботу використовувались у великих пропорціях у виробництві.
Це сталося лише у світі у минулому столітті, і, як уже зазначалося, машини, які використовують природну енергію, сьогодні виконують у світі від 20 до 30 разів більше роботи, як якщо б це були просто м’язи людини та тварин.

Кілька цікавих даних

Скільки пального споживає паровий двигун?

Парова машина Ватта перетворила енергію, що виділилася в епоху, лише на одну соту роботи.
Наприклад, якщо в цій паровій машині спалювали вугілля вартістю 100 форинтів, то спалювали вугілля вартістю лише 1 форинт, втрачали 99 форинтів.
Ми говоримо, що коефіцієнт корисної дії його першої парової машини ваттом становить 1%. Така машина дуже погано перетворює теплову енергію в роботу. Проте машина Ватта споживала втричі менше, ніж рудиментарна машина Newcomen, що використовувалась до того часу.

Протягом 200 років з того часу найбільшим клопотом було вдосконалення парової машини, щоб не витрачати паливо до такої страшної міри.
Енергія вугілля, нагрітого в найдосконалішій поршневій паровій машині сьогодні, становить приблизно. 20% цієї роботи (ббра). Ефективність 20% замість 1% - це прекрасний результат. Сучасна парова машина використовує у 20 разів менше палива, ніж ватова.

Метр підняв би нагрівання сірника на два метри

Ми не можемо повірити, скільки там робітників у спеку, з яких паровою машиною в кращому випадку використовується лише 20%. Нитка коротких сірників швидко згасає. Але ми навряд чи думали, що якби тепло, яке генерується сірником, було повністю перетворено на роботу, воно підняло б 1 метр до 2 метрів (наступний малюнок).

У спеку, яку утворює один сірник, достатньо працівників, щоб підняти мішок вагою 80 кілограмів на висоту 2,5 метра.

Два кольори копійки легко поміщаються в наших нагрудних кишенях. Важить всього 5 декаграм. Тепло, яке утворюється при нагріванні, має робочу потужність 130 000 м 2.
Робота 8 сильних робітників у сильних м’язах працює у двох кольорах!
Ці приклади дивують. Тепер нам може бути цікаво, як ми можемо дізнатись, скільки робітників, коли, наприклад, в розпал сезону достатньо 1 кг вугілля? Як ми можемо сказати, що теплий приклад міг підняти 100 кілограмів на висоту в кілька футів? Ніхто з нас ще не бачив теплого підняття тягарів або виконував роботу, яка може бути виражена в кілограмах.

Вимірюємо еквівалентність тепла

Це все ще дуже просто виміряти. Усі вже переживали, що коли ти міцно тримаєш мотузку і мотузка ковзає в твоїй руці, це створює стільки тепла, що може спалити твою шкіру. Під час тертя утворюється тепло. Кількість виробленого тепла добре вимірюється. Але ще простіше виміряти обсяг виконаної роботи при терті.
Змістіть 1 літр води в ємності. Якщо бік горщика потерти, буде розвиватися тепло, і вода в горщику стане теплішою. Для вимірювання підвищення температури води можна використовувати термометр.

Але як виміряти роботу, виконану під час розтирання?
Обмотайте м’яку мотузку навколо горщика (ббра). На кінці мотузки ми підвішуємо вагу 427 кг. Ця вага приносить мотузку. Мотузка ковзає по стінці посудини, треться об неї, утворюючи.
Вимірювання показують, що температура 1 літра води підвищується на 1 ° C, коли вона рухається на 427 кілограмів на 1 м нижче кінця пагорба.
Під час руху 427 кілограмів на 1 метр вниз, 427 кілограмів роботи.
Але тим часом температура 1 літра води підвищується на 1 градус, тому утворюється 1 кілограм калорійного тепла.
Тож ми з’ясували, що нам було цікаво:

1 кілограм калорій відповідає 427 м/м роботи.

Скільки робітників на кг кольору?

Зараз це легко. Найкрасивіші розрахунки можна виконати за допомогою отриманих даних.
Наприклад, давайте підрахуємо, скільки працівників здатні на 1 кг доброї якості, 6000 калорій! (наступний малюнок)

1 кілограм якісної виготовлення звільняє 20-денну м’язову обробку (енергію) 1 працівника