КПД тепловых двигателей

Первая паровая машина В 1770 г. французский инженер Ж. Кюньо построил самодвижущуюся тележку, приводимую в движение паром, которая была первым (паровым) автомобилем. Первая универсальная паровая машина была построена английским изобретателем Джеймсом Уаттом. При поддержке крупного промышленника Болтона за десять лет в период с 1775 по 1785 г. фирма Уатта построила 66 паровых машин: из них 22 для медных рудников, 17 для металлургических заводов,7 для водопроводов, 5 для каменноугольных шахт и 2 для текстильных фабрик. Изобретение паровой машины сыграло огромную роль в переходе к машинному производству. Недаром на памятнике Уатту написано: "Увеличил власть человека над природой". Первый паровоз был сконструирован в 1803 г. английским изобретателем Ричардом Тревитиком. Он назывался "Поймай меня, кто может!" И развивал скорость до 30 км/час.

Тепловые двигатели Машины, производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими 2 телами, называются тепловыми двигателями. Во всех типах таких двигателей непрерывное или периодически повторяющееся получение работы возможно только в том случае, когда совершающая работу машина не только получает тепло от какого-то тела (нагревателя), но и отдает часть тепла другому телу (охладителю).

Двигатель внутреннего сгорания Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г. французским механиком Э. Ленуаром. Свое название он получил из-за того, что топливо в нем сжигалось не снаружи, а внутри цилиндра двигателя. Аппарат Ленуара имел несовершенную конструкцию, низкий КПД (около 3%) и через несколько лет был вытеснен более совершенными двигателями. Наибольшее распространение среди них получил четырех тактовый двигатель внутреннего сгорания, сконструированный в 1878 г. немецким изобретателем Н.Отто. Каждый рабочий цикл этого двигателя включал в себя четыре такта: впуск горючей смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск продуктов сгорания. Отсюда и название двигателя - четырехтактовый. Изобретение двигателя внутреннего сгорания сыграло огромную роль в автомобилестроении. Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был создан в 1886 г. Г.Даймлером. Одновременно с этим Даймлер запатентовал установку своего двигателя на моторной лодке и мотоцикле. В том же году, но чуть позже появился трехколесный автомобиль К. Бенца. Последующие годы явились началом промышленного производства автомобилей.

В 1824 году француз Сади Карно решил общую задачу об определении КПД любой тепловой машины, использующей произвольный цикл. Конкретный цикл, про ан 2 лизированный Карно и названный его именем, выглядит следующим образом. Идеальный газ находится в цилиндре, закрытом поршнем. На первом этапе металлическая стенка цилиндра приводится в контакт с нагревателем. Поршню разрешается передвигаться настолько медленно, чтобы температура газа равнялась температуре нагревателя Т1. Это изотермический процесс (рис. а). Полученное тепло Q1 превращается в работу A1, равную площади под графиком.

На втором этапе цилиндр изолируется от нагревателя, и газ продолжает адиабатическийй расширяться, производя работу A2 (заштрихованная площадь на рис. б). Поскольку притока тепла нет, работа совершается за счет внутренней энергии рабочего тела (газа) и его температура снижается от Т1 до Т2. На втором этапе цилиндр изолируется от нагревателя, и газ продолжает адиабатическийй расширяться, производя работу A2 (заштрихованная площадь на рис. б). Поскольку притока тепла нет, работа совершается за счет внутренней энергии рабочего тела (газа) и его температура снижается от Т1 до Т2. Далее, для того, чтобы выдвинутый поршень вернуть в первоначальное положение, на третьем этапе цилиндр вводится в контакт с находящимся при низкой температуре радиатором. Количество отданной теплоты Q2 будет равно совершенной над поршнем работе А3 (заштрихованная площадь на рис. в). Газ при этом будет изотермически сжиматься при температуре Т2. Далее, для того, чтобы выдвинутый поршень вернуть в первоначальное положение, на третьем этапе цилиндр вводится в контакт с находящимся при низкой температуре радиатором. Количество отданной теплоты Q2 будет равно совершенной над поршнем работе А3 (заштрихованная площадь на рис. в). Газ при этом будет изотермически сжиматься при температуре Т2.

Последняя стадия - вновь адиабатическиййй процесс, когда над поршнем совершается работа А4, полностью переходящая во внутреннюю энергию газа. Его температура при этом повышается от Т2 до Т1 (рис. г). Последняя стадия - вновь адиабатическиййй процесс, когда над поршнем совершается работа А4, полностью переходящая во внутреннюю энергию газа. Его температура при этом повышается от Т2 до Т1 (рис. г). Итак, общая полезная работа Итак, общая полезная работа А=А1+А2-А3-А4. А=А1+А2-А3-А4. По закону сохранения энергии, А=Q1-Q2 Можно доказать, что для цикла Карно КПД определяется следующим образом: По закону сохранения энергии, А=Q1-Q2 Можно доказать, что для цикла Карно КПД определяется следующим образом: h=(T1-T2)/T1, h=(T1-T2)/T1, То есть он будет приближаться к единице, если температура холодильника T2 будет стремиться к абсолютному нулю. То есть он будет приближаться к единице, если температура холодильника T2 будет стремиться к абсолютному нулю.

Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В XVII в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу иохлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию. К сожалению, коэффициент полезного действия невысок.К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии. Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В XVII в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу иохлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию. К сожалению, коэффициент полезного действия невысок.К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Двигатель внутреннего сгорания. В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Циклдвигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие,3. рабочий ход, 4.выпуск. Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенномощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др. Паровая турбина.В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, анесколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях. Двигатель внутреннего сгорания. В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Циклдвигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие,3. рабочий ход, 4.выпуск. Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенномощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др. Паровая турбина.В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, анесколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Вопросы 1. Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию? 2. Что называется КПД теплового двигателя? 3. Какой такт работы ДВС изображён на рисунке?

Ответы: 1.Потому, что большая часть топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве. 2. Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называется КПД. 3. На рисунке изображён такт сжатия.

Подготовила Шелудченко Татьяна