Тема 2.5. Тепловые машины и их применение.

Основные понятия и термины по теме:

Тепловой двигатель. Источники энергии. Второе начало термодинамики. Коэффициент теплового двигателя.

План изучения темы:

1. Второе начало термодинамики.

2. Тепловой двигатель. Принципиальная схема теплового двигателя.

3. Экологические проблемы.

Краткое изложение теоретических вопросов:

Развитие техники зависит от умения использовать громадные запасы внутренней энергии. Использовать эту энергию - это значит совершать за ее счет полезную работу. С давних времен человечество пыталось изобрести механизм, машину, которая преобразовывала бы внутреннюю энергию неисчерпаемых источников в полезную работу. Источники энергии: энергия солнца, океана, геотермальных вод, энергию радиоактивного топлива, органическое топливо. Появлению тепловых двигателей предшествовали попытки создания вечного двигателя. Но данные попытки не увенчались успехом, так как противоречили второму началу термодинамики, который гласит: невозможен процесс единственным результатом которого является превращение всей теплоты, полученной от нагревателя в эквивалентную ей работу.

Устройства, в которых происходит преобразование внутренней энергии в механическую работу, получили название тепловых двигателей. Простейший тепловой двигатель был изобретён Д. Уайтом в 17 веке. Рассмотрим упрощённую модель теплового двигателя. Если в цилиндре есть поршень, который может свободно перемещаться, то можно заставить перемещаться этот поршень за счёт расширения газа, т.е. газ совершает работу. В этом случае газ называют рабочим телом. Чтобы двигатель работал непрерывно, необходимо, чтобы поршень после расширения газа каждый раз возвращался бы в исходное положение, сжимая газ до первоначального положения.

Виды тепловых двигателей:

1. Паровая машина

2. Двигатель внутреннего сгорания

3. Паровая и газовые турбины

1. Реактивный двигатель.

Рассмотрим и зарисуем в рабочую тетрадь принципиальную схему теплового двигателя:

Коэффициент полезного действия теплового двигателя называют отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученного от нагревателя. Рассмотрим КПД реальных двигателей.

КПД реальных тепловых двигателей:

Паровая машина 10-15%

Двигатель внутреннего сгорания 20-40%

Паровая и газовые турбины 30-40%

Реактивный двигатель 10-20%

С развитием энергетики, автомобильного и других видов транспорта всё более сложной проблемой становится охрана окружающей среды от вредного влияния продуктов сгорания. Это связано с действием различных факторов:

- при сжигании топлива используется кислород из атмосферного воздуха;
- сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа;
- при работе двигатели выбрасывают в атмосферу азотные и серные соединения, а так же свинец.

ПРИМЕР: Один легковой автомобиль поглощает ежегодно из атмосферы в среднем больше 4 т кислорода, выбрасывая с выхлопными газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов.

Пути решения экологических проблем:

1. Использование альтернативного топлива.

2. Использование альтернативных двигателей.

3. Оздоровление окружающей среды.

4. Воспитание экологической культуры.

Лабораторные работы – «не предусмотрено»

Практические занятия: