Тепловые двигатели Учебное пособие для учащихся 10 класса Авторы: Захарова Екатерина Наливко Екатерина

1.Что такое тепловой двигатель? 2.Принцип действия 3.Карбюраторный ДВС 4.Дизельный ДВС 5.Паровая турбина 6.Газовая турбина 7.Реактивный двигатель 8.Ракетный двигатель 9.Вопросы экологии 10.Проверь свои знания 11.Это интересно! Содержание

Тепловой двигатель это… Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Но располагать запасами энергии еще недостаточно. Необходимо уметь за счет энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства транспорта, тракторы и другие машины, вращать роторы генераторов электрического тока и т.д. Человечеству нужны двигатели – устройства, способные совершать работу. Большая часть двигателей на Земле – это тепловые двигатели, т.е. устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.

Принцип действия Нагреватель, Т 1 Рабочее тело Холодильни к, Т 2 Q1Q1 А 1 Q2Q2

Рабочее тело В качестве рабочего тела в тепловых двигателях используется газ или пар. Например, в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания – воздух и продукты сгорания бензина, в паровых турбинах – водяной пар. Рабочее тело совершает работу за счёт энергии, полученной от нагревателя. Например, в паровой турбине пар заставляет вращаться турбину, на валу которой укреплен ротор генератора, вырабатывающего электрический ток. В двигателях карбюраторных внутреннего сгорания газ перемещает поршень в цилиндре, который приводит в движение коленчатый вал, а он, в конечном итоге – заставляет вращаться колёса автомобиля.

Нагреватель Нагреватель необходим для получения и передачи энергии рабочему телу. Например, в паровой турбине для вращения турбины и ротора генератора водяной пар получает энергию при сжигании топлива. В качестве топлива используют уголь, нефть, мазут, газ.

Холодильник Излишки энергии рабочее тело отдаёт холодильнику. Для всех тепловых двигателей холодильником является окружающая среда. Т.е. излишки полученной от нагревателя энергии рабочее тело выбрасывает в воздух вместе с несгоревшим топливом.

Карбюраторный ДВС. Был создан в 1860 г.французским инженером Этьеном Ленуаром. В 1878 г.Н. Отто построил первый четырехтактный газовый ДВС. КПД этого двигателя достигал 22%. В качестве топлива используется керосин и бензин. Для полного сгорания в составе смеси на один килограмм бензина должно приходиться не менее пятнадцати килограммов воздуха. Это означает, что рабочим телом в ДВС фактически является воздух, а не пары бензина. При высокой степени сжатия температура воздуха достигает °C Карбюраторные ДВС широко применяются в автомобильном транспорте. Они приводят в движение почти все легковые и грузовые автомобили (ВАЗ, Газ-51, УАЗы, Волга, Москвич).

Дизельный ДВС Был создан в 1892 г. немецким инженером Рудольфом Дизелем. Топливом для дизельного двигателя служит бензин. КПД современного дизельного двигателя около 40%. Высокая степень сжатия без детонации достигается в двигателе Дизеля за счет того, что сжатию подвергается не горючая смесь, а только воздух.. Дизельные двигатели используются в мощных грузовых автомобилях, тракторах, на судах речного и морского транспорта, тепловозах (Камазы, Кразы, Уралы и.т.д.).

Паровая турбина Первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена шведским инженером Густавом Лавалем в 1889 г. Современные паровые турбины обладают высоким КПД преобразования кинетической энергии струи пара в механическую энергию, несколько превышающим 90%. Поэтому электрические генераторы практически всех тепловых и атомных электростанций мира, дающие более 80% всей вырабатываемой электроэнергии, приводятся в действие паровыми турбинами.В качестве топлива используется каменный уголь или мазут и вода. Паротурбинные двигатели нашли широкое применение в водном транспорте.

Газовая турбина. КПД газотурбинных установок достигает 25-30%. В качестве топлива в газовых турбинах используется керосин и мазут. При горении топлива воздух, служащий рабочим телом, получает некоторое количество тепла и нагревается до температуры C. Газовые турбины установлены, например, на самолётах Ан-24, Ан-2, на автомобилях Белаз-459В.

Реактивный двигатель. Для больших высот и скоростей понадобились новые двигатели – реактивные.В реактивных двигателях телами, взаимодействующими между собой, являются уже не винт и воздух, а струя газа, вытекающая из двигателя, и сам двигатель. Непрерывно сжигая топливо в двигателе, добиваются того, чтобы давление газа в двигателе было больше, чем давление окружающей среды. Под действием разности давлений газовая струя непрерывно вытекает из двигателя и создает реактивную тягу; на больших высотах она даже увеличивается, т. к. уменьшается внешнее давление. Реактивная тяга возникает и в безвоздушном пространстве, если обеспеченно сгорание топлива.В реактивном двигателе процесс горения идет непрерывно и в единицу времени можно сжечь много топлива. Благодаря этому реактивный двигатель обладает большой мощностью при сравнительно небольших размерах и массе.Реактивные двигатели используются в самолетах: ТУ – 154, ТУ – 104, ТУ – 134, ЯК – 40, ИЛ – 86.

Ракетный двигатель.. В 1929г. Константин Эдуардович Циолковский разработал идею создания «космических ракетных поездов». Теоретические работы К.Э. Циолковского более чем на полвека опередили уровень развития техники. Эти работы послужили основой для создания современной теоретической и практической космонавтики. В качестве горючего для такой ракеты предложил использовать жидкий водород, а в качестве окислителя- жидкий кислород. 4 октября 1957 года впервые ракета- носитель вывела но околоземную орбиту искусственный спутник Земли.

Вопросы экологии. «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу.» Жак Ив Кусто. Двигателю внутреннего сгорания уже более ста лет. Он был изобретен, чтобы облегчить жизнь людей, но постепенно это гениальное творение конца прошлого века превратилось в зло, источник опасности.ДВС стоят в автомобилях, а они «отнимают» у человека землю;в настоящее время 0,02 % суши заняты под автостоянки и дороги.Шоферы мало двигаются, что приводит к сердечно- сосудистым заболеваниям.Но главное – автомобиль загрязняет окружающую среду в следствие выброса газов в атмосферу.Гибнут, цветы, деревья, над городами где много машин, часто образуется смог- ядовитый не рассеивающийся туман и в некоторых странах регулировщики движения вынуждены работать в противогазах. Очень вреден шум, создаваемый автотранспортом, который составляет 80 % технических шумов; он влияет на нервную систему человека, вызывая психические заболевания, сокращает на 8 – 12 лет жизнь жителей больших городов. После алкоголя и табака шум стал третьим смертельным врагом людей. 1 т бензина, сгорая, выделяет 500 – 800 кг вредных веществ. В атмосферу ежегодно выбрасывается около 5 млрд. т СО2. В состав выхлопных газов входит1200 компонентов, в том числе оксид углерода, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов, сажа и прочие. Угарный газ опасен для жизни: пройдя через легкие, он попадает в кровь, затем вступает в реакцию с гемоглобином – пигментом красных кровяных телец, который снабжает организм кислородом. Наступает кислородное голодание.При больших поступлениях в организм угарного газа человек умирает.

Проверь свои знания. 1. Каким из ниже перечисленных КПД обладает дизельный ДВС? а) около 60% б) около 90% в) около 40% г) 37 % 2. Каким ученым была изобретена паровая турбина? а)Рудольф Дизель б)Константин Циолковский в)Густав Лаваль г)Дени Папин 3. Соотнесите изобретения и их применение. а) Карбюраторный ДВС а) ИЛ-62, ТУ-154 б) Дизельный ДВС б) Современные ракеты в) Ракетный двигатель в) Автотранспорт г) Реактивный двигатель г) Суда морского транспорта 4. Что является нагревателем в ракетном двигателе? а) камера сгоранияб) горючеев) турбина 5. Тепловая машина за один цикл получает от нагревателя количество теплоты 10 Дж и отдаёт холодильнику 6 Дж. Каков КПД машины? а) 60% б) 40%в) 67%

Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III в. до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя восемнадцать столетий в рукописях итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи. Как же стреляла эта пушка? Один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь., с силой и грохотом выбрасывал ядро. Для нас интересно здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро. Первые действующие паровые машины были созданы русским изобретателем И.И.Ползуновым и англичанином Д.Уаттом. Машина Ползунова была построена в 1766 году. Она имела в высоту 11 метров, ёмкость парового котла 7 куб.м, мощность 29 кВт и использовалась для нагнетания воздуха в медеплавильные печи. Эффективность работы машины была настолько высокой, что прибыль, полученная за 43 дня её работы, вдвое превысила стоимость её сооружения. Дальнейшая работа машины была прекращена вследствие неполадок в котле (за неделю до пуска машины Ползунов скончался от чахотки).