Презентация Кочиевой Кристины 10 «б» класса МОУ СОШ 3 г.АРДОНА ПРЕПОДОВАТЕЛЬ ЦХАВРЕБОВА ЖАННА ЕЛИОЗОВНА

Человечество с самого начала своего появления пользуется источниками энергии.

Сначала они были весьма примитивными. Таковыми были, например, огонь или лук.

Но с ходом развития человеческой цивилизации усложнялись и источники энергии, используемые им, а также открывались или изобретались новые источники.

И вот, в ХХ веке, человек научился использовать энергию атомного ядра и термоядерного синтеза, построил МГД – генератор.

Открытие новых источников энергии шло сложными путями. На начальном этапе развития человечества…

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ДРЕВНЕГО МИРА…

2.1) Огонь и способы его добывания. 2.2) Применение энергии волокон, дерева, сухожилий (лук, метательные машины античности). 2.3) Водяное колесо. 2.4) Паровая турбина Герона Александрийского – любопытная игрушка древности. 2.5) Энергия химических соединений (энергия пороха).

ОТ РАННЕГО СРЕДНЕ- ВЕКОВЬЯ ДО XX ВЕКА

3.1) От водяного колеса до гидротурбины. 3.2) Тепловые двигатели ) Теория тепловых двигателей ) Паровые двигатели ) Двигатели внутреннего сгорания ) Цикл Карно ) «Идеальный двигатель» Рудольфа Дизеля ) Газовая турбина ) Реактивные двигатели. 3.3) Электричество ) Электрогенератор ) Электродвигатель ) Химические источники тока ) Аккумулятор. 3.4) «Perpetuum-Mobile» - неосуществимая мечта Средневековья.Средневековья.`

XX ВЕК

4.1) Атомная энергия ) Атомный реактор ) Атомное оружие. 4.2) Энергия термоядерного синтеза ) Установки управляемого термоядерного синтеза ) Термоядерное оружие ) Мюонный катализ. 4.3) МГД – генератор.

«PERPETUUM MOBILE» - НЕОСУЩЕСТВИМАЯ МЕЧТА СРЕДНЕВЕКОВЬЯ. Созданием «вечных двигателей», то есть устройств, которые могли бы производить работу только за счёт себя, в тёмные времена Средневековья занималось не меньшее число людей, чем число алхимиков, искавших «философский камень». Все эти горе–изобретатели, искавшие «perpetuum mobile» делились на две категории: фанатики – самоучки, тратившие все свои средства на создание всё новых и новых, но неработающих моделей «вечного двигателя». Второй категорией были же изобретатели, наживавшиеся на том, что простым людям был неизвестен один из главных законов физики – закон сохранения энергии. Дела этих «изобретателей» были более успешны. О «вечных двигателях» знали многие великие люди, то есть работа над ними велась не втайне от других и не принималась церковью как ересь. Упоминания о таких мечтателях есть в произведениях Пушкина (Бертольд из «Сцены из рыцарских времён») и у М.Е. Салтыкова- Щедрина («мещанин Презентов» из повести «Современная идиллия»). Наиболее был известен такой «изобретатель» (мошенник!), как Орфиерус, двигатель которого желал приобрести падкий до «хитрых махин» Пётр I за сумму в рублей – огромные по тем временам деньги. Но секрет «Колеса Орфиеруса» - так назывался двигатель – был раскрыт, и оказалось, что он приводился в движение отнюдь не вечными братом и служанкой «изобретателя». Сам он, разоблачённый, не сдавался до самой своей смерти и твердил, что «весь свет наполнен злыми людьми, которым верить невозможно». Во времена Петра I славился и другой «вечный двигатель» - некого Гертнера, о котором писал Шумахер – посланник царя, связывавшийся с Орфиерусом. Вполне был прав Шумахер, когда сообщал Петру, что французские и английские учёные «ни во что почитают все оные перпетуи мобилес и сказывают, что оное против принципиев математических».

ВИДЫ ВОДЯНЫХ КОЛЁС Было два основных вида водяных колёс: верхнебойное (наливное) и нижнебойное (подливное). Существовали также средне бойные водяные колёса, занимавшие промежуточное положение между приведёнными выше видами. ВЕРХНЕБОЙНОЕ ВОДЯНОЕ КОЛЕСО НИЖНЕБОЙНОЕ ВОДЯНОЕ КОЛЕСО

АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ 1) Атомный реактор. Атомный реактор. Атомный реактор. 2) Атомная бомба. Атомная бомба. Атомная бомба.

ТЕРМОЯДЕРНАЯ БОМБА Первая водородная бомба была создана в СССР в 1953 году при участии И.В. Курчатова, Сахарова и Тамма. Самый мощный когда–либо созданный термоядерный боеприпас: советская авиабомба «Татьяна» мощностью 50 Мт (!) («Кузькина мать» Н.С. Хрущёва?).

ВОЗМОЖНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЯДЕРНОЙ БОМБЫ.

Газовая турбина была двигателем, совмещавшим в себе полезные свойства паровых турбин (передача энергии к вращающемуся валу непосредственно, без использования сложных механических передач) и ДВС (отсутствие парового котла и всего его сложного хозяйства). Устройство газовой турбины показано на рисунке. Двигатель состоит из компрессора, подогревателя, камеры сгорания и собственно самой турбины. В компрессоре, по устройству не отличающемся от турбины, происходит сжатие окислителя (воздуха), в подогревателе – подогревание окислителя, в камере сгорания – смешивание его с топливом и сгорание. В турбине проходит передача энергии газов лопаткам рабочих колёс. Сама турбина устроена также, как и паровая: имеется и направляющий аппарат, и рабочие колёса с лопатками. Газовая турбина является сложным двигателем, при постройке которого не обойтись без сложных расчётов. Но она, а точнее её «гибрид» с реактивными двигателями – турбореактивный двигатель – открыл для современной авиации скорости, превышающие скорость звука. Газотурбинный двигатель также применяется на ТЭС, где есть дешёвое жидкое или газообразное топливо, но есть недостаток воды, из-за чего нельзя применить паровую турбину. ГАЗОВАЯ ТУРБИНА

ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Генераторы переменного тока получили широкое распространение из-за уникальных свойств переменного тока. Устройство простейшего генератора переменного тока показано на рисунке: рамка вращается в магнитном поле, создаваемая ЭДС отводится с помощью контактных колец. ЭДС создаётся за счёт изменения магнитного потока через рамку; мгновенное значение напряжения индукции равно: u = NBSw sin(wt), где N – количество витков в рамке, В – индукция магнитного поля, S – площадь рамки, w – угловая скорость вращения, t – время. Максимальное значение (амплитуда) напряжения индукции равно: U = NBSw. Сила тока, вырабатываемого в этом генераторе изменяется по закону синуса и меняет свой знак дважды за период. Такой ток называется переменным. Для создания магнитного поля применяются электромагниты, питающиеся от самого генератора. В мощных генераторах вращаются не обмотки, в которых индуцируется напряжение, а электромагниты.

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА Генератор постоянного тока основан почти на том же принципе, что и генератор переменного тока, только вместо контактных колец применяются насколько изолированных друг от друга полуколец (коммутаторов), предназначенных для переключения при изменении полярности напряжения ротора. При этом возникает постоянное пульсирующее напряжение, величина которого колеблется по синусоидальному закону. Пульсации можно уменьшить, применяя барабанный якорь, состоящий из большого числа смещённых относительно друг друга обмоток, соединенных с соответствующими сегментами коллектора (коммутатора). Для возбуждения электромагнитов применяется ток, индуцированный в якоре (принцип Сименса). Запуск обеспечивается только за счёт остаточного магнетизма.

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

«ИДЕАЛЬНЫЙ МОТОР» РУДОЛЬФА ДИЗЕЛЯ. В 1893 году на весь мир прогремела брошюра, принадлежащая перу немецкого инженера Рудольфа Дизеля, с кричащим, сенсационным названием: «Теория и конструкция теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие существующие в настоящее время двигатели».

МАШИНА ПОЛЗУНОВА.

МАШИНА УАТТА

СХЕМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО МГД - ГЕНЕРАТОРА Схематическое устройство МГД – генератора представлено на рисунке. Поток плазмы, то есть ионизированного газа, проходящий между разноимёнными полюсами сильного магнита, создаёт на обкладках электродов разность потенциалов – и через сопротивление потребителя R идёт постоянный электрический ток. Возможно объединение нескольких таких конструкций в замкнутое кольцо, где нужную температуру и скорость плазмы будет поддерживать компрессор – подогреватель К-П (на малом рисунке).

Модель Папена.

МЮОННЫЙ КАТАЛИЗ. Возможностьмюонногокатализареакции Термоядерно го синтеза былапредсказанарусскимиакадемиками Сахаровым и Зельдовичем.Реакция синтеза с мюоннымкатализомможетпроисходить на «холоде» (по сравнению с термоядерной реакцией синтеза).

ОГОНЬ И СПОСОБЫ ЕГО ДОБЫВАНИЯ.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ Первый реактор. Первый реактор. Графитовый реактор. Графитовый реактор. Реактор на тяжёлой воде. Реактор на тяжёлой воде. Гомогенный реактор. Гомогенный реактор. Реактор на быстрых нейтронах. Реактор на быстрых нейтронах.

ПЕРВЫЙ РЕАКТОР.

ГРАФИТОВЫЙ РЕАКТОР. ГРАФИТОВЫЙ РЕАКТОР.

РЕАКТОР НА ТЯЖЁЛОЙ ВОДЕ. РЕАКТОР НА ТЯЖЁЛОЙ ВОДЕ.

ГОМОГЕННЫЙ РЕАКТОР.

РЕАКТОР НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ

ОТ ВОДЯНОГО КОЛЕСА ДО ГИДРОТУРБИНЫ

ПАРОВАЯ МАШИНА НЬЮКОМЕНА Была создана в 1711 году английским изобретателем – кузнечным мастером Томасом Ньюкоменом. Принципиальное устройство изображено на рисунке. Машина управлялась вручную, лишь в 1718 году Бейтон придумал механизм, обеспечивающий машине самостоятельность. Машина имела КПД, равный 1%, и поэтому нашла применение только на угольных шахтах, где было дешёвое топливо. Применялась для привода водяного насоса, откачивающего воду из шахт. …Целый день на фабриках колёса Мы вертим – вертим – вертим! Некрасов.

ПАРОВАЯ ТУРБИНА.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГИИ СКРУЧЕННЫХ ЖИЛ, ВОЛОКОН, ДЕРЕВА (ЛУК, МЕТАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ АНТИЧНОСТИ). Лук был одним из первых изобретений человека разумного. Это оружие создано так давно, что не известна дата изобретения и имя изобретателя. Возможно, идея изобретения возникла при сгибании упругих веток деревьев, но следует отметить, что лук не был изобретением одного человека, а, скорее всего, являлся результатом наблюдений нескольких поколений. Лук позволял преобразовать потенциальную энергию тетивы в кинетическую энергию стрелы таким образом, что стрела, выпущенная из лука, летела намного дальше, чем стрела, брошенная рукой человека (вообще, стрела появилась раньше лука и применялась как метательное оружие). Луку было найдено и другое применение. Есть свидетельства, что с его помощью приводился примитивный сверлильный механизм древнего человека; имеется изображение Древнеегипетского токарного станка, в котором обрабатываемая деталь приводилась во вращение посредством лука.

ПАРОВАЯ ТУРБИНА ГЕРОНА. Изобретение греческого механика и учёного Герона Александрийского (II век до нашей эры). Работа паровой турбины основана на принципе реактивного движения: пар из котла поступал по трубке в шар, укреплённый на горизонтальной оси; вытекая затем из коленчато изогнутых трубок, пар толкал эти трубки в обратном направлении, и шар начинал вращаться. К сожалению, геронова паровая турбина в древности оставалась только любопытной игрушкой, так как дешевизна труда рабов никого не побуждала к практическому использованию машин. Но сам принцип не был заброшен техникой: в наше время он применяется в устройстве реактивных двигателей. К А К А Я Г Е Н И А Л Ь Н А Я И Д Е Я !

ПАРОВОЙ НАСОС СЭВЕРИ ПАРОВОЙ НАСОС СЭВЕРИ

ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. 1. МОДЕЛЬ ПАПЕНА.МОДЕЛЬ ПАПЕНА. 2. ПАРОВОЙ НАСОС СЭВЕРИ.ПАРОВОЙ НАСОС СЭВЕРИ. 3. МАШИНА НЬЮКОМЕНА.МАШИНА НЬЮКОМЕНА 4. МАШИНА ПОЛЗУНОВА.МАШИНА ПОЛЗУНОВА. 5. МАШИНА УАТТА.МАШИНА УАТТА. 6. ПАРОВАЯ ТУРБИНА.ПАРОВАЯ ТУРБИНА.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГИИ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (ЭНЕРГИЯ ПОРОХА И ДР. ВЕЩЕСТВ). Что же позволяло пороху при горении выделять энергию, способную метать пули и ядра, те, в свою очередь, могли пробивать рыцарские латы и стены замков? Для этого придётся сделать небольшое отступление и обратиться к химии: реакция, происходящая при горении пороха, описывается приблизительно следующим уравнением: 2KNO3+3C+S = K2S+3CO2.

ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ, ДАЛЬНОСТИ И ВЫСОТЫ ПОЛЁТА СТРЕЛЫ ОТ УПРУГОСТИ ДЕТАЛЕЙ ЛУКА.

РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ Китайская огненная стрела – прообраз современной ракеты.

РАКЕТА НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ

ТЕОРИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Циклы основных современных тепловых двигателей показаны на рисунке. Полезная работа, совершённая этими двигателями, численно равна площади фигур, ограниченных графиками тепловых процессов, происходящих с рабочим телом. КПД любого (в том числе и теплового) двигателя не может быть равен 100%. Для тепловых двигателей эта невозможность определяется из II закона термодинамики. Работа А в тепловых машинах равна разности теплоты, полученной от нагревателя, и теплоты, отданной охладителю, которым чаще всего является либо атмосфера, либо специальное устройство.

ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ. 1. Т Т ЕЕЕЕ ОООО РРРР ИИИИ ЯЯЯЯ Т Т Т Т ЕЕЕЕ ПППП ЛЛЛЛ ОООО ВВВВ ЫЫЫЫ ХХХХ ДДДД ВВВВ ИИИИ ГГГГ АААА ТТТТ ЕЕЕЕ ЛЛЛЛ ЕЕЕЕ ЙЙЙЙ П П АААА РРРР ОООО ВВВВ ЫЫЫЫ ЕЕЕЕ Д Д Д Д ВВВВ ИИИИ ГГГГ АААА ТТТТ ЕЕЕЕ ЛЛЛЛ ИИИИ К К АААА РРРР ББББ ЮЮЮЮ РРРР АААА ТТТТ ОООО РРРР НННН ЫЫЫЫ ЕЕЕЕ Д Д Д Д.... ВВВВ.... СССС Г Г АААА ЗЗЗЗ ОООО ВВВВ АААА ЯЯЯЯ Т Т Т Т УУУУ РРРР ББББ ИИИИ НННН АААА. 5. Ц Ц ИИИИ КККК ЛЛЛЛ К К К К АААА РРРР НННН ОООО « « ИИИИ ДДДД ЕЕЕЕ АААА ЛЛЛЛ ЬЬЬЬ НННН ЫЫЫЫ ЙЙЙЙ »»»» М М М М ОООО ТТТТ ОООО РРРР РРРР УУУУ ДДДД ОООО ЛЛЛЛ ЬЬЬЬ ФФФФ АААА Д Д Д Д ИИИИ ЗЗЗЗ ЕЕЕЕ ЛЛЛЛ ЯЯЯЯ Р Р ЕЕЕЕ АААА КККК ТТТТ ИИИИ ВВВВ НННН ЫЫЫЫ ЕЕЕЕ ДДДД ВВВВ ИИИИ ГГГГ АААА ТТТТ ЕЕЕЕ ЛЛЛЛ ИИИИ.... «Облегчая труд по нас грядущим…» И.И.Ползунов

УСТАНОВКИ ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА. Основные направления развития УТС идут по двум путям: УТС в ТОКАМАКАХ и лазерный УТС.

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА.

ЦИКЛ КАРНО. Знал ли парижский книгоиздатель Башелье, что отпечатав и выставив в витрине своего магазина в 1824 году тоненькую брошюрку, что ей суждено положить начало новой науке и взбудоражить умы многих учёных и инженеров того времени. Название книги удивляло и озадачивало: «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Автором её был молодой инженер Сади Карно.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. 1) Электродвигатель. 1) Электродвигатель. 2) Электрогенератор. 2) Электрогенератор. 3) Химические источники тока. 3) Химические источники тока. 4) Аккумулятор.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ.

ЭНЕРГИЯ ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА. 1) Установки управляемого термоядерного синтеза (УТС). Установки управляемого термоядерного синтеза (УТС). Установки управляемого термоядерного синтеза (УТС). 2) Термоядерное оружие. Термоядерное оружие. Термоядерное оружие. И термоядерная энергетика, и термоядерное оружие основано на реакциях, описанных ниже. Главная задача учёных, работающих в этой области – создать промышленную установку, которая могла бы производить энергию, используя термоядерный синтез.