Теплові двигуни: принцип дії, пристрій, схема
Розглянемо теплові двигуни, принцип діїцих механізмів. У земній корі і світовому океані запаси внутрішньої енергії можна вважати необмеженими. Для того щоб вирішувати практичні завдання, її явно недостатньо. Пристрій і принцип дії теплового двигуна необхідно знати для того, щоб приводити в рух токарні верстати, транспортні засоби. Людина потребує таких пристроях, які можуть робити корисну роботу.
Теплові двигуни, принцип дії яких ми розглянемо, є основними на нашій планеті. Саме в них відбувається перетворення внутрішньої енергії в механічний вид.
Особливості теплового двигуна
Який принцип дії теплового двигуна? Коротко його можна представити на простому досвіді. Якщо в пробірку налити воду, закрити пробкою, довести до кипіння, вона вилетить. Причина вискакування пробки полягає в скоєнні паром внутрішньої роботи. Процес супроводжується перетворенням внутрішньої енергії пари в кінетичну величину для пробки. Теплові двигуни, принцип дії яких аналогічний описаному експерименту, відрізняються будовою. Замість пробірки використовується металевий циліндр. Пробка замінена поршнем, щільно прилеглим до стінок, що переміщається уздовж циліндра.
алгоритм дії
Який принцип дії теплового двигуна? 10 клас розглядає дане питання на уроках фізики. Тепловими машинами хлопці називають механізми, де спостерігається перетворення внутрішньої енергії палива в механічний вид.
Для здійснення двигуном корисної роботи, повиннабути створена різниця тисків по обидва боки поршня або лопатей потужної турбіни. Для досягнення такої різниці тисків відбувається підвищення температури робочого тіла на тисячі градусів в порівнянні з її середнім показником в навколишньому середовищі. Відбувається подібне підвищення температури в процесі згоряння палива.
зміни температур
У всіх сучасних теплових машин виділяютьробоче тіло. Їм прийнято називати газ, що здійснює в процесі розширення корисну роботу. Початкову температуру, що позначається Т1, він набуває в паровому котлі машини або турбіни. Називають цей показник температурою нагрівача. У процесі здійснення роботи відбувається поступова втрата газом енергії. Це призводить до неминучого охолодження робочого тіла до деякого показника Т2. Значення температури повинно бути нижче показника навколишнього середовища, інакше тиск газу матиме менший показник, ніж атмосферний тиск, і робота двигуна не буде здійснена.
Показник Т2 називають температурою холодильника. У його якості виступає атмосфера або спеціальний пристрій, необхідне для конденсації і охолодження відпрацьованого пара.
деякі факти
Отже, теплові двигуни, принцип діїяких ґрунтується на розширенні робочого тіла, не здатні віддавати для здійснення роботи всю внутрішню енергію. У будь-якому випадку частина тепла буде передаватися атмосфері (холодильнику) разом з відпрацьованою парою або вихлопними газами турбін або двигунів внутрішнього згоряння.
ККД теплових машин
Який принцип дії теплової машини? ККД теплового двигуна залежить від величини корисної роботи, яку здійснюють газом. З урахуванням того, що неможливо повністю перетворити внутрішню енергію в роботу теплового двигуна, можна пояснити незворотність природних процесів і явищ. У тому випадку, якщо б спостерігалося мимовільне повернення теплоти до нагрівача від холодильника, внутрішня енергія в повному обсязі перетворювалася б в корисну роботу за допомогою теплового двигуна.
Коефіцієнтом корисної дії називаютьвідношення корисної роботи, яку здійснюють тепловим двигуном, до тієї кількості тепла, яке передано холодильника. У фізиці прийнято виражати цю величину у відсотках. Такий принцип дії теплового двигуна. Схема його зрозуміла і проста, доступна навіть учням середньої школи. Закони термодинаміки дають можливість проводити обчислення максимального значення коефіцієнта корисної дії.
Винахід теплової машини
Першим винахідником машини, що використовує тепло,став Саді Карно. Він розробив ідеальну машину, в якій робочим тілом виступав ідеальний газ. Крім того, вченому вдалося визначити показник ККД для такого пристрою, використовуючи значення температури холодильника і нагрівача.
Карно вдалося визначити залежність міжреальної теплової машиною, що функціонує на основі нагрівача, і холодильником, в якості якого виступає повітря або конденсатор. Завдяки математичній формулі, запропонованої Карно для його першої ідеальної теплової машини, визначається максимальне значення ККД. Між температурою нагрівача і холодильника існує прямий зв'язок.
Для того щоб машина повноцінно функціонувала,значення температури не повинно бути менше її показника в навколишньому повітрі. При бажанні можна підвищувати температуру нагрівача, не забуваючи про те, що у кожного твердого тіла є певна жаропрочность. У міру нагрівання воно втрачає свою пружність, а при досягненні температури плавлення просто плавиться.
Двигун внутрішнього згоряння
Він являє собою теплову машину, де у виглядіробочого тіла застосовують високотемпературні гази, одержувані в процесі згоряння різного виду палива всередині камери. Виділяють чотири такту в роботі автомобільного двигуна. Серед складових його частин назвемо впускний і випускний клапани, камеру згоряння, поршень, циліндр, свічку, шатун, а також маховик.
висновок
В даний час використовують різні видиавтомобільних двигунів: дизельний, карбюраторний. Незважаючи на відмінності в вживаному паливі, вони мають подібний принцип дії. За рахунок теплової енергії, що виробляється в процесі згоряння бензину, відбувається перетворення теплової енергії в інший вид.
На першому етапі спостерігається плавне пересуванняклапана вниз, процес відбувається завдяки заповненню камери робочої сумішшю. В кінці першого такту впускний клапан закривається. Далі поршень пересувається вгору, при цьому відбувається стиснення робочої суміші. Поява іскри в свічці призводить до займання горючої суміші. Тиск, який чинять пари повітря і бензину на поршень, призводять до його мимовільного руху вниз, тому такт називають «робочим ходом». У рух наводиться колінчастий вал. На четвертому етапі відкривається випускний клапан, відбувається виштовхування в атмосферу відпрацьованих газів.
