Тепловые двигатели Урок в 10 классе Автор работы Учитель физики и информатики МБОУ СОШ6 г. Владикавказа 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 год – английским изобретателем Джеймсом Уаттом построена первая универсальная паровая машина. С 1775 по 1785 г. – фирмой Уатта построено 56 паровых машин. С 1785 по 1795 г. – 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 г. –изобрёл паровой котёл 1681 г. – Снабдил его предохранительным клапаном 1690 г. – Первым использовал пар для поднятия поршня и описал замкнутый термодинамический цикл парового двигателя г. – 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 1816 г. – Не имея поддержки, Тревитик разорился и уехал в Южную Америку

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

Двигатель внутреннего сгорания 1860 г. –Французским механиком Ленуаром был изобретён двигатель внутреннего сгорания 1878 г. – Немецким изобретателем Отто сконструирован четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания 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 1896 г. – 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 1913 г.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, негреватель, где рабочее вещество получает энергию холодильник отбирающий у рабочего тела тепло. Рабочим веществом может быть водяной пар или газ.

Рабочее тело Q1Q1 Q2Q2 Нагреватель Т 1 Холодильник Т 2 Основные части тепловой машины. A = Q 1 – Q 2

КПД теплового двигателя (машины) Коэффициентом полезного действия теплового двигателя (КПД) называется отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от негревателя: Коэффициент полезного действия любого теплового двигателя меньше единицы и выражается в процентах. Невозможность превращения всего количества теплоты, полученного от негревателя, 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 негревателя T негр 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:

1. Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в негревателях 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. Экологические последствия работы тепловых двигателей