Тепловая машина на холоде

[shadow1812]

Для механической работы широко применяются тепловые машины.Однако для получения механической энергии можно использовать и холод. Рассмотрите двигатель, рабочим телом которого является замерзающая вода в цилиндре под поршнем. Воду замораживают с помощью жидкого азота, находящегося при температуре кипения, который подается внутрь цилиндра. Цилиндр изготовлен из стали, его диаметр 40см а толщина стенок 3мм.
Это собственно условие. Интерисует не решение, а сама физическая модель. Возникли такие вопросы:
1) Опишите пожалуйста процесс, при котором такой двигатель может совершать положительную работу.
2) Засчет какой энергии этот двигатель может совершать работу?
3)Главный: От чего зависит КПД такого двигателя. И каков максимальный кпд (не обязательно).
Теплоемкостью цилиндра, поршня, холодильника азота пренебречь. Лед можно считать пластичным.

Снизу камера, в ней спиралевидная трубочка, через которую азот входит и выходит, в центре вода/газ, сверху поршень.
Заранее спасибо за принятие участия в обсуждении.

[img]cs10156.vkontakte.ru/u71293091/-14/y_a38c1bb2.jpg[/img]

[whiterussian]

Тема перенесена в Карантин. Извольте описать свою "машину" так, чтобы нормальные люди могли это понять.

Возвращено.

[shadow1812]

Исходя из моих соображений здесь все завязано на расширении воды при кристализации?
Помогите)

[Xey]

shadow1812 в сообщении #509865 писал(а):

Помогите)

Есть поток тепла от окружающей среды к азотному холодильнику. Ничто не мешает определенную часть этого потока преобразовать в механическую энергию (с кпд ограниченным разностью температур).

Здесь кажется необычным, что рабочий цикл (толкание поршня) совершается при понижении температуры рабочего тела (при замерзании воды). Но следующий то цикл, возвращающий систему в исходное состояние , требует нагрева рабочего тела (от внешней среды).

Проще рассмотреть такой моторчик, заменив лед стержнем , меняющим длину при изменении температуры.
При удлинении , этот стержень может толкать храповое колесо, а при охлаждении собачка прощелкивает зуб.
Но можно поставить собачку так, что колесо будет поворачиваться при укорочении стержня, а при удлинении собачка прощелкивает.

В обоих случаях цикл состоит из нагревания стержня и его охлаждения, в какой момент снимать полезную работу не важно.

[shadow1812]

1)Спасибо, Xey. Получается, что нагревателем служит окружающая среда? И засчет энергии, передаваемой внешней средой лед плавится и уменьшается объем? Тогда засчет какой энергии вода, кристаллизуясь, расширяется и совершает полезную работу? Засчет энергии, забираемой азотом?
2)Кпд, получается, будет зависеть от массы воды/льда (температура окружающей среды, еще что-то?).
И каковой считать окружающюю среду, если о ней в условии ничего?

[Xey]

shadow1812 в сообщении #510125 писал(а):

Тогда засчет какой энергии вода, кристаллизуясь, расширяется и совершает полезную работу?

За счет такой же, как закрепленная на потолке нагретая проволока , охлаждаясь поднимает привязанный к нижнему концу груз.

[shadow1812]

Осталось только разобраться, от чего зависит кпд.
Что еще влияет на кпд, кроме кол-ва воды?
И все же не до конца ясно, как в эту задачу вписать окружающюю среду, если там есть вопрос о максимальной кпд, а он зависит от разности температур холодильника(азота) и нагревателя(окруж. среда)

[shadow1812]

Is anyone alive?

[photon]

shadow1812, замечание за искусственный подъем своих тем. Сообщения в других темах удалены