Тепловые двигатели

Тепловые

двигатели

Урок в 10 классе

Учитель Милостивая Н.Ю.

Тепловой машиной называется устройство,

в котором внутренняя энергия превращается

в механическую.

Примеры тепловых машин:

1.Двигатель внутреннего сгорания (ДВС )

а) карбюраторный двигатель

б) дизельный двигатель

в) реактивный двигатель

2.Паровые и газовые турбины.

Кто и когда построил?

• Конец 18 века –

построены первые паровые машины.

• 1774 год –

английским изобретателем Джеймсом Уаттом построена первая универсальная паровая машина.

• С 1775 по 1785 г. –

фирмой Уатта построено 56 паровых машин.

• С 1785 по 1795г. –

той же фирмой поставлено уже 144 такие машины.

Тепловая машина Дж. Уатта

Первые тепловые двигатели

• Кто и когда изобрёл?
• Деви Папин – английский физик,

один из изобретателей парового двигателя.

• 1680г. – изобрёл паровой котёл
• 1681г. –

Снабдил его предохранительным клапаном

• 1690г. –

Первым использовал пар для поднятия поршня и описал замкнутый термодинамический цикл парового двигателя.

• 1707г. –

Представил описание своего двигателя

Машина Папина

Первый паровой автомобиль

• 1770 г. Жан Кюньо –

французский инженер, построил

первую самодвижущуюся тележку, предназначенную для передвижения артиллерийских орудий

Первые повозки Николя Жозефа Кюньо

В 1770 году француз Николя Жозеф Кюньо соорудил первый автомобиль

«Младший брат» - паровоз

• 1803 г. – Английский изобретатель Ричард Тревитик сконструировал первый паровоз.
• Через 5 лет Тревитик построил новый паровоз .

он развивал скорость до 30 км/ч

• 1816г. – Не имея поддержки, Тревитик разорился и уехал в Южную Америку

Решающая роль

• 1781-1848 г. – Английский конструктор и изобретатель Джордж Стефенсон
• 1814г. – Начал заниматься строительством паровозов.
• 1823 г. – Основал первый в мире паровозостроительный завод
• 1829г. – На соревновании лучших локомотивов первое место занял паровоз Стефенсона «Ракета». Его мощность составляла 13 л.с., а скорость 47 км/ч.

Двигатель внутреннего сгорания

• 1860г. – Французским механиком Ленуаром был изобретён двигатель внутреннего сгорания
• 1878 г. – Немецким изобретателем Отто

сконструирован четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания.

• 1825 г. – Немецким изобретателем Даймлером был создан бензиновый двигатель внутреннего сгорания
• Примерно в то же время

Бензиновый двигатель был разработан Костовичем в России.

двигателями Отто - двигатели внутреннего сгорания

Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бензиновым двигателем

• Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель

Двигатели Дизеля

1896г. – Немецкий инженер Рудольф Дизель

• 1896г. – Немецкий инженер Рудольф Дизель
• 1896г. – Немецкий инженер Рудольф Дизель

сконструировал двигатель внутреннего сгорания в котором сжималась не горючая смесь, а воздух.

Это наиболее экономичные тепловые двигатели 1)работают на дешёвых видах топлива 2) имеют КПД 31-44 %

29 сентября 1913г. сел на пароход, отправлявшийся в Лондон. Наутро его в каюте не нашли. Считается, что он покончил с собой, бросившись ночью в воды Ла-Манша.

Тепловые машины могут быть устроены

различным образом, но в любой тепловой

машине должно быть:

рабочее вещество, или тело , которое в рабочей части машины совершает механическую работу,

нагреватель , где рабочее вещество получает энергию

холодильник отбирающий у рабочего тела

тепло.

Рабочим веществом может быть водяной

пар или газ.

Основные части тепловой машины.

Нагреватель Т 1

Q 1

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

A = Q 1 – Q 2

Рабочее

тело

Q 2

Холодильник Т 2

КПД теплового двигателя (машины)

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя (КПД) называется отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Коэффициент полезного действия любого теплового двигателя меньше единицы и выражается в процентах.

Невозможность превращения всего количества теплоты, полученного от нагревателя, в механическую работу является платой за необходимость организации циклического процесса и следует из второго закона термодинамики.

Цикл Карно. КПД идеального теплового двигателя

Наибольшим КПД при заданных температурах нагревателя T нагр и холодильника T хол обладает тепловой двигатель, где рабочее тело расширяется и сжимается по циклу Карно график которого состоит из двух изотерм (2–3 и 4–1) и двух адиабат (3–4 и 1–2).

В реальных тепловых двигателях КПД определяют по экспериментальной механической мощности N двигателя и сжигаемому за единицу времени количеству топлива. Так, если за время t сожжено топливо массой m и удельной теплотой сгорания q , то

Для транспортных средств справочной характеристикой часто является объем V сжигаемого топлива на пути s при механической мощности двигателя N и при скорости ʋ   . В этом случае, учитывая плотность  топлива, можно записать формулу для расчета КПД :

• Карбюраторный двигатель 25%
• Дизельный двигатель 38%
• Реактивный двигатель 30%
• Паровая турбина 25%
• Газовая турбина 55%

Экологические последствия работы тепловых двигателей

Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике (тепловые и атомные электростанции) ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:

Экологические последствия работы тепловых двигателей

1. Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.

2. Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

3. Разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.