Климкова Татьяна Юрьевна, учитель физики МОУ ЦО Московского района г.Нижний Новгород

F нагреватель Т 1 холодильник Т 2 Q1Q1 Q2Q2 A Тепловые двигатели - устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую Устройство рабочее тело Необходимое условие работы двигателя Разность давлений по обе стороны поршня (лопастей) достигается повышением температуры рабочего тела по сравнению с температурой окружающей среды Т 1 – температура нагревателя Т 2 – температура холодильника Холодильником является атмосфера (чаще) конденсаторы и принцип действия

Q 1 > A Очевидно: холодильник нагреватель Q2Q2 невозможно Невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в системах или окружающих телах по закону сохранения энергии Q 1 = A + Q 2 A = Q 1 - Q 2 η КПД ( ) – отношение работы, совершенной двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя η = A Q1Q1 η =1- Q2Q2 Q1Q1

Идеальный цикл Сади Карно p V + Q 12 Q 23 = 0 - Q 34 Q 41 = 0 рабочее тело – идеальный газ Т1Т1 Т2Т2 η Т 1 – температура нагревателя Т 2 – температура холодильника = Т 1 – Т 2 Т1Т1 8 при Т1Т1 Т2Т2 0 η 1 Т1Т1 8 (теплостойкость материала ограничена) Т2Т2 0 ( практически не может быть ниже t окр.среды ) ДОКАЗАНО: η реал. η идеал < + Q 12 Т1Т1 1-2 изотермическое расширение при температуре Т 1 V1V1 V2V2 V2V2 2-3: адиабатное расширение Q 23 = 0 V3V3 т2т2 Т2Т2 3-4: изотермическое сжатие при температуре Т 2 - Q 34 V3V3 V4V4 Т2Т2 V4V4 V1V1 т2т2 4-1: адиабатное сжатие Q 41 = 0 т1т1

Виды тепловых двигателей и их применение турбиныреактивные карбюраторные паровая газовая ракетные воздушно-реактивные дизельные На тепловых и атомных электростанциях двигатели самолетов ракет Двигатели на легковых и грузовых автомобилях, мотоциклах, водном и железнодорожном транспорте, в быту Привод стационарных силовых установок, тепловозы, дизелевозы, тракторы, асфальтовые катки, скреперы

Пути повышения КПД Уменьшение трения частей двигателя Снижение потерь вследствие неполного сгорания топлива Двигатели и окружающая среда Проблема: Тепловое загрязнение окружающей среды, выполняющей роль «холодильника» (парниковый эффект) Проблема: Химическое загрязнение окружающей среды продуктами сгорания топлива. Снижение содержания кислорода в атмосфере Пути решения проблем Строительство очистных сооружений, ограничение использования соединений тяжелых металлов для топлива, использование водорода в качестве топлива, создание электромобилей и.т.д.

вопросы 1. Из каких основных частей состоит любой тепловой двигатель ? 2.Газ расширяется самопроизвольно. Может ли происходить самопроизвольное сжатие газа? 3.Станет ли КПД двигателя равным 100%, если исчезнет трение между частями двигателя? 4.Как понизить температуру газа перед сжатием, не допуская при этом теплопередачи? 5. Как влияют тепловые двигатели на окружающую среду?

ЗадачаТемпература нагревателя тепловой машины С, а холодильника 25 0 С, машина получила от нагревателя 4 х 10 4 Дж энергии. Как велика работа, совершенная машиной? Дано: Т 1 = С = 423 К Т 2 = 25 0 С = 298 К Q 1 = 4 Х 10 4 Дж А - ? Решение: η= Т 1 -Т 2 Т1Т1 С другой стороны,η= А Q1Q1 Приравнивая правые части равенств, получим: Т 1 -Т 2 Т1Т1 = А Q1Q1 Выражая неизвестную величину, получим: А = (Т 1 -Т 2 ) Q 1 Т1Т1 = ( 423 К – 298 К ) х 4 х 10 4 Дж 423 К = 1 х 10 4 Дж Ответ : 1 х 10 4 Дж

Сравните:Когда КПД теплового двигателя будет большим: при увеличении на один градус температуры нагревателя. Или при снижении на один градус температуры холодильника? Решение: 1. Запишем исходную формулу для расчета КПД: = Т 1 -Т 2 η Т1Т1 2. При повышении температуры нагревателя формула примет вид: = Т Т 2 η1η1 Т 1 +1 = Т 1 -Т 2 Т При понижении температуры холодильника будем иметь: =η2η2 Т1Т1 Т 1 - ( Т 2 – 1) Т1Т1 + Т1Т1 = Т 1 -Т Сравнивая почленно слагаемые в полученных формулах, видим, что η 1 < η 2.

Литература и интернет-ресурсы 1.Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. «Физика 10» 2.Кирик Л.А. Самостоятельные и контрольные работы, 10 класс. М. Илекса, 2000 г Паровая_турбина