Какие три вида тепловых двигателей вы знаете: Какие виды тепловых двигателей вам известны?

Содержание

Доклад на тему виды тепловых двигателей

Скачать Доклад на тему виды тепловых двигателей

Информация о файле:
Дата: 17.6.2012
Скачано раз: 309
Место в рейтинге: 486
Средняя скорость скачивания: 14149 КБ/сек.
Похожих файлов: 22

на тему: Подготовил ученик Проверила. История теплового двигателя Созданию тепловых машин предшествовало доказательство существования атмосферного давления. Доклад: Реактивный двигатель. Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. Вид работы: Доклад. 3) Виды тепловых двигателей, история создания и применение этих видов двигателей. Доклад по физике. f) тепловые двигатели и охрана окружающей среды (шестой доклад). Поиск: Только в этой теме Только в названии работы. Доклады сопровождаются показами слайдов из презентации «Тепловые двигатели и их влияние на Какие устройства называются тепловыми двигателями ? Какие виды двигателей вы знаете?a) паровая машина (первый доклад).Всего 3 ответа Виды тепловых двигателей К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель Доклад на тему — Двигатели внутреннего сгоранияНаука и техника. Энергия же теплового движения молекул может испытать превращение в любой другой вид Доклад на тему Двигатель. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. (Сообщения учащихся). Другие работы, подобные История развития тепловых двигателей. 2005 год. (Сообщения учащихся). Тема: Тепловые двигатели. скачать похожие рефераты • Точное совпадение: 3 реферата Водяной двигатель в виде насажанного на горизонтальный вал колеса с лопастями, которые Лишь около 300 лет назад люди догадались использовать для двигателей тепловую энергию Урок- конференция в 10 классе по теме: «Условия работы тепловых двигателей». Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном — поршневые двигатели внутреннего Ответ: 3) Виды тепловых двигателей, история создания и применение этих видов двигателей. Доклад по физике на тему Средняя общеобразовательная школа Доклад по физике на тему: Подготовил ученик Проверила 2005 год. Тепловой двигатель. Виды тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. y



a href=http://ktmsmtcrh.yn.lt/3.html>

Значение тепловых двигателей – конспект урока – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Структура урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

УУД

Методы

обучения

Способ организации деятельности

1. Организационный момент

Беседа: создание положительного настроя на работу

Учащиеся готовятся к уроку, организовывают рабочее место

Kоммуникативная

планировать свою деятельность

Словесный, мотивация учебной деятельности

Фронтальный

2. мобилизующее начало урока сообщение темы урока

●Постановка проблемы

●Поиск решения

●Обобщение и формулировка темы урока

Показать изображения механизмов: реактивный двигатель, паровая машина, паровоз, самолет, легковой автомобиль

●Назвать механизмы, ●наводящими вопросами помочь сформулировать тему урока

Отвечают на вопросы


Учащиеся формулируют тему: «Тепловые двигатели»

Коммуникативная

Строить высказывания

Регулятивные

Выдвигать версии, обнаруживать и формулировать учебную проблему

Познавательные: наблюдать, делать выводы, анализировать объекты с целью выделения признаков

Личностные

Отстаивать точку зрения

Наглядный, словесный проблемный

фронтальный

3. Целеполагания и мотивации

Показывает модели двухтактного, четырехтактного двигателя и паровую турбину

Учащиеся обсуждают и делают выводы. Целями урока будут:

  • Познакомиться с понятием «тепловые двигатели»
  • Выявить виды тепловых двигателей
  • Выяснить принцип работы двигателей

Регулятивные:

Выдвигать версии,

Уточнять, дополнять,

Уметь слушать,

Ставить цели

Личностные

Отстаивать точку зрения,

делать выбор

Коммуникативные

Развитие речевой деятельности

Оформлять свои мысли в устной форме

Познавательные: наблюдать, строить логические цепочки рассуждений

Наглядный, словесный, познавательный

 

Коллективное целеполагание

фронтальный

4. Актуализация знаний

По тем же моделям задает вопросы:

  • какие виды энергии вы знаете
  • какие превращения энергии могут быть
  • какие превращения энергии происходили в данных моделях

Учащиеся отвечают на вопросы

Регулятивные: Обнаруживать учебную проблему и выдвигать версии

Личностные

Искать свою позицию,

Строить логическую цепочку рассуждений

Коммуникативная

Приводить аргумент

Познавательные: Применять известные факты для ответов на вопросы

Проблемный диалог

фронтальный

5. изучение нового материала

задает наводящие вопросы, помогающие сформулировать выводы

● какое преобразование энергий происходило в опыте

● что совершает работу по выталкиванию пробки

● Как это можно применить в механизме

● Как будут называться такие механизмы

 

Самостоятельно выполняют эксперимент: нагревание пробирки с водой, плотно закрытой пробкой

●Энергия топлива (преобразованная во внутреннюю энергию воды) переходит во внутреннюю энергию воздуха. Внутренняя энергия воздуха превратилась в кинетическую энергию пробки.

●Воздух совершил работу – вытолкнул пробку.

Учащиеся формулируют определение: Тепловые двигатели- машины, которые преобразуют внутреннюю энергию в механическую

Выполняют запись в тетрадь, работа с определением: подчеркивание главных слов в определении

Регулятивные: работа по плану, сверяя свои действия с целью

Личностные: Уметь оценивать результат, делать выводы

Познавательные: наблюдать, делать выводы, Выдвигать гипотезы и их обосновывать, сравнивать, формулировать определение

Коммуникативные: Взаимодействовать, слушать, учитывать разные мнения

Наглядный, словесный, познавательный комплексный метод формирования информационной компетенции (учебно-исследовательская работа, предполагающая лабораторное наблюдение)

Работа в парах

 



 

Историческая справка

виды тепловых двигателей

 

Регулятивные: Уметь слушать, анализировать

Познавательные: наблюдать

Коммуникативные: Слушать

Личностные: Понимать значение обучения

словесный, Метод проектов

Комплексный метод формирования информационной компетенции(информационные учебные проекты)

фронтальная

Показывает иллюстрации двигателей.

учащиеся определяют вид двигателя

Познавательные: работа по распознаванию вида двигателя

Личностные: Делать выбор

Коммуникативные: Принимают решения, строят высказывания

Регулятивные: Выдвигать версии

Наглядный, познавательный

фронтальная

Учитель знакомит учащихся с устройством двигателя внутреннего сгорания

Рассмотрим принцип работы тепловых машин на примере

Записывают название частей двс

Регулятивные: Уметь слушать, анализировать

Личностные: Осознавать необходимость изучения данной темы

Коммуникативные: Слушать

Познавательные: Анализировать объект с целью выделения существенных признаков

Наглядный, словесный, познавательный

фронтальная

Запустить анимацию «работа двс»

 

Учащиеся знакомятся с работой двс, описывают работу двс по плану. Заполняют таблицу

(можно воспользоваться учебником рис 25 стр 54)

Коммуникативные: Высказывают точку зрения, организовывать учебное взаимодействие, сотрудничать

Личностные: Понимают значение и смысл содержания

Познавательные: Уметь использовать компьютерные технологии, осуществлять поиск необходимой информации, преобразовывают информацию в таблицу

Регулятивные: Выдвигают версии

Наглядный, познавательный

работа с учебным материалом

Работа в парах

Вывести на экран заполненную таблицу

Учащиеся сверяют заполненные таблицы с таблицей на экране

 

Коммуникативные: Подтверждают свою позицию, корректируют свое мнение

Регулятивные: Сличение с образцом, вносить коррективы в действие после его завершения

Личностные: Оценивать усваиваемое содержание

Познавательные: Анализировать, делать выводы, сравнивать с образцом

Наглядный, Технология оценивания образовательных достижений

 

фронтальная

6. Закрепление изученного

Задает вопросы:

●Для чего в двигателе автомобилей делают несколько цилиндров?

●Объясните зачем в цилиндры дизельного двигателя( двигателя с воспламенением топлива от сжатия) жидкое топливо подается в распыленном состоянии? Лукашик 1137

 

Отвечают на вопросы

Коммуникативные: Отстаивать точку зрения, слушать

Познавательные: Устанавливать причинно-следственные связи, делают выводы

Регулятивные: Выдвигают версии, дополняют ответы

Личностные: Отстаивать свою точку зрения

Проблемные вопросы

фронтальная

●Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его кпд, на его окружающей среде?

 

Обсуждают домашние заготовки, формулируют мнение группы

Регулятивные: Обнаруживать учебную проблему, выдвигать версии

Личностные: Искать свою позицию

Коммуникативные: Выражать свои мысли, договариваться и приходить к общему решению в совместной деятельности

Познавательные: Осуществляют поиск необходимой информации

Метод проектов

Проблемная задача

Проблемно-ориентированная дискуссия учащихся)

Работа в группах

7. Систематизация и обобщение

Проверить усвоение материала, выявить проблемы понимания материала

Отвечают на вопросы теста(2 экземпляра). Один экземпляр учащиеся сдают учителю, второй проверяет сосед по парте

Подводят итог урока

Регулятивные: Определять степень успешности своей работы, осуществлять итоговый контроль

Личностные: Оценивать усваиваемое содержание

Коммуникативные: Быть готовым корректировать свою точку зрения

Познавательные: Отвечать на вопросы

Тест с взаимопроверкой

Технология оценивания образовательных достижений

Методы формирования коммуникативной компетенции, ориентированные на письменную компетенцию (проверка работы, выполненной товарищем)

Методы формирования компетенции разрешения проблем (коллективное подведение итогов)

Работа в парах

8. Домашнее задание

§21,22 Подготовить сообщение с презентацией о других видах тепловых машин. Реактивные двигатели, турбины, паровые машины, холодильные установки.

По плану: 1) история развития;

2) современное применение двигателей;

3) их влияние на окружающую среду.

Задают вопросы по содержанию домашнего задания

Регулятивные: Уметь слушать,

Личностные: Прогнозировать свою деятельность

Коммуникативные: Планировать свою деятельность

Познавательные: Работа на создание источников информации

Формирование готовности к самообразованию на основе устойчивой учебно-познавательной деятельности

фронтальная

9. Рефлексия

Благодарит учащихся за работу на уроке, спрашивает , что было непонятно на уроке

Анализируют свою деятельность

Личностные: Оценивать усваиваемое содержание

Коммуникативные: Выражать свои мысли

Регулятивные: Определять степень успешности своей работы

Технология оценивания образовательных достижений

фронтальная

Тепловые двигатели — Физика — Уроки

Тепловые двигатели

Цель: Формирование понятий и представлений о тепловых двигателях, их видах, принципе действия двигателя внутреннего сгорания, КПД теплового двигателя. Рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях. Показать влияние работы тепловых машин на окружающую среду. Продолжить формирование познавательного интереса учащихся. Развитие логического мышления, памяти; умения правильно объяснять физические понятия и явления.

Конспект

1. Организационный момент.

2. Изучение нового материала.

Мотивация

На протяжении 2-х месяцев мы рассматривали с вами тепловые явления, изучая формулы, решая задачи, проводя лаб. работы. А какое практическое применение находят тепловые явления в технике?

Сегодня мы познакомимся с одним из направлений применения тепловых явлений в технике.

Актуализация опорных знаний

— Представьте себе процесс нагревания воды в кастрюле на газовой плите. Какие превращения энергии происходят при этом?

— Вспомните, что происходит с крышкой кастрюли, когда вода бурно кипит?

-Тогда о каком превращении энергии еще идет речь?

Сегодня на уроке мы и познакомимся с устройствами, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Тема и цели урока.

Тема сегодняшнего урока – «Тепловые двигатели»

Сегодня на уроке мы:

— выясним, какие машины являются тепловыми двигателями;

— рассмотрим преобразование энергии в них;

— рассмотрим основные виды двигателей и их применение;

— изучим влияние на окружающую среду тепловых двигателей;

— определим возможные пути выхода из сложившейся экологической ситуации.

Жизнь людей невозможна без использования различных видов энергии, источниками которой являются различные виды топлива, ветер, солнце, приливы и отливы. Существуют различные виды машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой. Мы рассмотрим один из типов машин – тепловой двигатель.

Определение.

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Как же это происходит?

Если в цилиндр налить немного воды, затем закрыть плотно пригнанным поршнем, который может двигаться вдоль цилиндра, и нагреть воду до кипения, то под давлением пара поршень поднимется вверх, то есть совершит работу.

??? Какие преобразования энергии здесь происходили? (энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, а внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию поршня).

Такой двигатель был изобретен в конце XVIIв. Джеймсом Уаттом и усовершенствован в дальнейшем.

Схема – классификация тепловых двигателей.

Существует несколько видов тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Во всех этих двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа (или пара). Газ, расширяясь, совершает работу и при этом охлаждается. Часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Структура двигателя и формула КПД.

Т.е. тепловой двигатель состоит из нагревателя (устройства, где сгорает топливо), рабочего тела и холодильника. Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты (Q1). Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу (Ап) за счет своей внутренней энергии. Часть энергии (Q2) передается холодильнику вместе с отработанным паром или выхлопными газами.

Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве.

??? Как называется величина, показывающая, какая часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу? (КПД)

??? Вспомните, как найти КПД? (Найти отношение полезной работы к затраченной)

Чтобы найти коэффициентом полезного действия теплового двигателя нужно найти отношение совершенной полезной работы (Ап) двигателя, к энергии, полученной от нагревателя (Q1).

То есть КПД показывает, какая часть энергии, выделяемой топливом, превращается в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

??? Сравните значения Q1 и Q2. (Q1 Q2)

На сколько Q1 Q2? (на значение Ап)

Как можно найти полезную работу? (Q1Q2)

Значит, Ап = Q1 – Q2 и

??? Сравните значения Q1 Q2 и Q1. (Q1Q2 Q1)

Что можно сказать о значении дроби (меньше 1)

Значит, КПД всегда меньше 1, а если его выразить в процентах, то меньше 100%.

Задача: Чему равен КПД теплового двигателя, если в полезную работу превращается четверть энергии топлива? (25%)

Первые паровые машины имели КПД=0,3%. В последствии Дж. Уатт, усовершенствовав паровую машину, добился повышения КПД до 2,8%.

Устройство двигателя внутреннего сгорания.

Рассмотрим подробнее устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания, так как такой тип теплового двигателя обычно устанавливают на большинстве автомобилей. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединенный при помощи шатуна с коленчатым валом, на котором находится маховик.

В верхней части цилиндра имеется два клапана, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи, а через клапан выпускаются отработавшие газы.

??? На каком топливе работают двигатели внутреннего сгорания? (бензине, керосине, нефти или на горючем газе)

Из чего состоит горючая смесь, поступающая в цилиндр? (из паров бензина и воздуха)

Принцип работы ДВС

Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня. Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

Первый такт – ВПУСК.

При повороте вала двигателя в начале первого такта (впуска) поршень движется вниз. Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается впускной клапан и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 6 закрывается.

Второй такт – СЖАТИЕ.

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь. В конце второго такта (сжатия), когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Третий такт – РАБОЧИЙ ХОД.

Образующиеся при сгорании газы (температура продуктов сгорания достигает 1600—1800°С) давят на поршень и толкают его вниз. Под действием расширяющихся нагретых газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах. Второй и третий такты происходят при закрытых клапанах.

В конце третьего такта открывается выпускной клапан, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу.

Четвертый такт – ВЫПУСК.

Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта (выпуска), когда поршень движется вверх. В конце четвертого такта выпускной клапан закрывается.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными.

В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход, и коленчатый вал все время получает энергию от одного из поршней.

Имеются и восьмицилиндровые двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Турбина

В современной технике широко применяют другой тип теплового двигателя. В нем пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигателя называют турбинами.

Модель устройства Турбины

На вал насажен диск, по ободу которого закреплены лопатки. Около лопаток расположены тубы – сопла, в которые поступает пар из котла. Струи пара, вырывающиеся из сопел, оказывают давление на лопатки и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение.

В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар или отработанный газ (выхлоп ДВС) проходя через лопатки турбины, отдает часть своей энергии (тепловая энергия превращается в механическую или электрическую).

Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть тепловой энергии, которая выделяется при сгорании топлива. В бензиновых и дизельных двигателях внутреннего сгорания для увеличения мощности и экономии совершаемой работы чаще всего используют турбину. То есть повышают КПД (коэффициент полезного действия) двигателя.

Применение тепловых двигателей.

Применение тепловых двигателей чрезвычайно разнообразно.

Двигатели внутреннего сгорания приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы, их устанавливают на речных и морских судах.

Паровые и газовые турбины нашли широкое применение на тепловых электростанциях, в качестве судовых двигателей, газовые турбины широко применяются в авиационных двигателях. Реактивные двигатели применяются в авиации, ракетостроении.

Экологические проблемы.

Непрерывное развитие энергетики, автомобильного и других видов транспорта, возрастание потребления угля, нефти и газа в промышленности и на бытовые нужды увеличивает возможности удовлетворения жизненных потребностей человека. Однако в настоящее время количество ежегодно сжигаемого в различных тепловых машинах химического топлива настолько велико, что все более сложной проблемой становится охрана природы от вредного влияния продуктов сгорания. Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.

Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В атмосфере Земли в настоящее время содержится около 2600 млрд. тонн углекислого газа (около 0,033%). До периода бурного развития энергетики и транспорта количество углекислого газа, поглощаемого из атмосферы при фотосинтезе растениями и растворяемого в океане, было равно количеству углекислого газа, выделяемого при дыхании и гниении. В последние десятилетия этот баланс все в большей степени стал нарушаться. В настоящее время за счет сжигания угля, нефти, и газа в атмосферу Земли ежегодно поступает дополнительно около 20 млрд. тонн углекислого газа. Это приводит к повышению концентрации углекислого газа в атмосфере Земли. Дальнейшее существенное увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к повышению ее температуры («парниковый эффект»).

В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. Особенно существенно это загрязнение в крупных городах и промышленных центрах. Более половины всех загрязнений атмосферы создает транспорт. Кроме оксида углерода и соединений азота, автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2-3 млн. тонн свинца.

Автомобильные двигатели играют решающую роль в загрязнении атмосферы в городах, проблема их усовершенствования представляет одну из наиболее актуальных научно- технических задач. Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды — использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки и испытания автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяют электродвигатели, питающиеся от аккумуляторов, или двигатели, использующие в качестве топлива водород. В последнем типе двигателя при сгорании водорода образуется вода, но и здесь возникает масса технических проблем. Вопросы окружающей среды становятся все более определяющими для дальнейшего развития теплоэнергетики. Организация охраны окружающей среды требует усилий в масштабе всего земного шара.

ПРИМЕР 1: Для полного сжигания 1 кг бензина необходимо 15 кг воздуха.

ПРИМЕР 2: 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.

ПРИМЕР 3: При сжигании 1 кг угля: СО2 – 1 кг, зола – 600 г, сернистый газ – 30 г, оксид азота – 10 г, пыль 10 г.Кажется, цифры невелики, но это на первый взгляд. А если подумать, сколько угля сгорает на ТЭС, то цифры будут колоссальными. Для горения 1 лампочки в 100 Вт по 1 ч в сутки нужно за 1 год потратить 24 кг угля.

Как вы думаете, что нужно сделать для того, чтобы избежать экологических проблем? (посадка лесов и сокращение их вырубки; установка фильтров на двигатели; переход на экологически чистые виды топлива; создание электромобилей или автомобилей, работающих на солнечных батареях и т.д.)

3. Закрепление изученного материала.

Ну, а сейчас давайте ещё раз коротко повторим то, с чем мы познакомились на сегодняшнем уроке.

  • Какие машины называют тепловыми двигателями?

  • Какие виды тепловых двигателей вы знаете?

  • Что является нагревателем двигателя внутреннего сгорания?

  • Что является холодильником двигателя внутреннего сгорания?

  • Из скольких тактов состоит цикл двигателя внутреннего сгорания?

  • Какой такт изображен на рисунке 27 учебника?

Качественные задачи:

1. Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли решил ученик задачу? (Нет. КПД теплового двигателя не может быть больше 100% или равен 100%)

2. КПД теплового двигателя 45%. Что означает это число? (45% энергии идет на совершение полезной работы, а 55% энергии тратится впустую на обогрев атмосферы, самого двигателя и т.д.)

3. Может ли КПД теплового двигателя быть равен 1,8; 50; 4; 90; 100%? (КПД теплового двигателя всегда меньше 100%)

4. Задача для любителей биологии:

В организме человека насчитывается около 600 мышц. Если бы все мышцы человека напряглись, они вызвали бы усилие, равное приблизительно 25 т. считается, что при нормальных условиях работы человек может развивать мощность 70–80 Вт, однако возможна моментальная отдача энергии в таких видах спорта, как толкание ядра или прыжки в высоту. Наблюдения показали, что при прыжках в высоту с одновременным отталкиванием обеими ногами некоторые мужчины развивают в течение 0,1 с среднюю мощность около 3700 Вт, а женщины – 2600 Вт.

КПД мышц человека равен 20%. Что это значит? Какую часть энергии мышцы тратят впустую? (20% энергии тратится на полезную работу; 80% энергии мышцы тратят впустую.)

Расчетные задачи

1. Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдает холодильнику энергию 800 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя? (20%)

2. Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдает холодильнику энергию 700 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя? (30%)

4. Домашнее задание.

Рус. § 50 – 51.

Укр. § 42 – 43.

Творческое задание: 1) найти информацию об истории создания тепловых двигателей;

2) составить кроссворд по данной теме.

3) составить постер по преодолению экологических проблем.

Шкатулка фактов.

1. Роберт Фултон – изобретатель парохода – в поисках средств для строительства своего детища, обратился к императору Наполеону. Последний выгнал просителя со словами: «Он убеждает меня, что можно двигать суда при помощи кипятка!»

2. Первый автомобиль весил 33 т и ездил на дровах. Был создан во Франции в 1769 г Никола Коньо. На носу была обычная топка. Слово «шофер» в переводе с французского означает кочегар.

ОТКРЫТЫЙ УРОК ПО ТЕМЕ : «ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

Спешите поучаствовать в «Неделе ФИЗИКИ и ГЕОГРАФИИ»!

Гуляют два теоретика в лесу. Встречают медведя. Первый побежал, второй остался.

— Побежали! — кричит первый второму.

— Зачем? Моя скорость всё равно меньше скорости медведя. — говорит второй.

— Неважно, что твоя скорость меньше скорости медведя, важно, чтобы моя скорость была больше твоей. — отвечает первый.

С раскрытым ртом слушает свою жену Иван Петрович, чтобы давление на барабанные перепонки снаружи и изнутри было одинаковым…..

В будущем году весь научный мир отметит 310-летие со дня рождения великого немецкого физика Фаренгейта — или, что абсолютно то же самое, 292-летие со дня рождения Цельсия.

Математик: Пи — это число, равное отношению длины окружности к ее диаметру.

Сообщение в газетах: «…Сегодня в Китае открыта самая большая в мире электростанция. Тысячи маленьких китайцев в шелковых штанишках съезжают по стеклянному желобу.»

— Ну что ж поделаешь, Вовочке в одно ухо влетело, в другое вылетело…

— Ошибаетесь, звук в вакууме не распространяется…

— В деньгах.

— Вот и мой брат говорит, что в деньгах! А сила — она в ньютонах!

Новости из мира ядерной физики: Желудок у котенка не больше наперстка, следовательно, те два литра молока, которые он способен выпить за час, находятся в его желудке под давлением 50000 атмосфер, что в десять раз больше давления в эпицентре ядерного взрыва.

Итак: 1 — направленное движение заряженных частиц, 2 — единица измерения количества электричества, 3 — физическая величина, характеризующая электрическое поле, создающее ток, 4 — мера физической величины, 5 — прибор, измеряющий силу тока, 6 — выключатель тока, 7— единица измерения сопротивления, 8 — действие электрического тока, 9 — вид движения, 10 — единица измерения силы тока, 11 — ученый, создавший ядерную модель атома, 12 — вещество, непроводящее электрические заряды, 13 — приспособление для крепления проводов, 14 — источник тока

Чему равен КПД идеального теплового двигателя, если температура нагревателя 4550 С, а температура холодильника 2730 С?


Двигатель получает от нагревателя каждую секунду 7200 Дж теплоты и отдает в холодильник 6400 Дж. Определите КПД.

Какие машины называются тепловыми?

Назовите основные элементы теплового двигателя и их назначение.

Что называют кпд теплового двигателя? Как его определяют?

Назовите какие виды тепловых машин вам известны?

У каких наибольший КПД, почему?

Недостатки тепловых двигателей, пути их устранения

Какие машины называются тепловыми?

Назовите основные элементы теплового двигателя и их назначение.

Что называют кпд теплового двигателя? Как его определяют?

Назовите какие виды тепловых машин вам известны?

У каких наибольший КПД, почему?

Недостатки тепловых двигателей, пути их устранения

Тест:

1. Какие устройства относятся к тепловым двигателям:
а) превращающие тепловую энергию в механическую;
б) электрическую энергию в тепловую;
в) внутреннюю энергию в тепловую

2. Какой элемент теплового двигателя совершает работу:
а) холодильник;
б) газ или пар;
в) нагреватель;

3. Какие условия необходимы для циклического получения механической работы в тепловом двигателе:
а) наличие нагревателя и холодильника;
б) наличие рабочего тела и холодильника;
в) наличие нагревателя и рабочего тела

4. КПД теплового двигателя всегда:
а) больше1;
б) равен 1;
в) меньше 1.

5. При каком замкнутом процессе тепловой двигатель имеет максимальный КПД:
а) состоящий из двух изотерм и двух изобар:
б) состоящий из двух изохор и двух изобар:
в) состоящий из двух изотерм и двух адиабат

Тест:

  1. Коэффициент полезного действия теплового двигателя:
    Отношение времени полезной работы ко времени, затраченному на техническое обслуживание и ремонт;
    Отношение механической работы, совершаемой двигателем, к израсходованной энергии;
    Отношение температуры нагревателя к температуре охладителя.

  2. Классический цикл Карно состоит из:
    4-х изотерм;
    4-х адиабат;
    2-х изохор и 2-х адиабат;
    Ничего из перечисленного не верно.

  3. Полезная работа в цикле Карно — это:
    Площадь под верхней изотермой;
    Сумма площадей под верхней изотермой и верхней адиабатой;
    Сумма площадей под верхней изотермой и нижней изотермой;
    Площадь, ограниченная двумя изотермами и двумя адиабатами;

  4. Для приближения КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, к единице, необходимо:
    Повышать температуру нагревателя и понижать температуру холодильника;
    Повышать температуру холодильника и понижать температуру нагревателя;
    Повышать температуру холодильника и нагревателя;
    Понижать температуру холодильника и нагревателя;
    Стремиться сделать равной температуру холодильника

  5. Реальный КПД всегда меньше максимального из-за :

Несовершенства конструкции двигателя

Потерь энергии на теплообмен с корпусом и трение

Плохого горючего

Отсутствия точных расчетов

Открытый урок по теме:

« Тепловые двигатели, их коэффициент полезного действия»

Тип урока: Урок изучения нового материала с элементами обобщения ранее изученного и первичного закрепления.                                               

Цели урока:

 образовательные — изучить принцип работы тепловых двигателей, сформировать представление об устройстве и принципе действия тепловых двигателей и понятие об идеальной тепловой машине Карно; осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений;

развивающие – создать условия для развития  творческих и исследовательских навыков, формировать умения выделять главное, сопоставлять, делать выводы; развивать речь, совершенствовать интеллектуальные способности; решать тренировочные задачи.

воспитательные — способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу, формировать экологическую культуру и активную жизненную позицию.

Задачи урока:

  1. Знать : определения                              

Теплового двигателя;
КПД теплового      двигателя;
КПД идеального  теплового двигателя (по циклу Карно).

Виды тепловых двигателей и области их применения.

Формулы:
Замкнутого цикла;
КПД теплового двигателя;
КПД цикла Карно

  1. Уметь
    решать расчетные и графические задачи, используя формулы
    — изучить принцип работы тепловых машин
    — выяснить, пути повышения КПД тепловых двигателей
    Приобретаемые навыки детей:

    — мотивация к учебно-познавательной деятельности.
    — экспериментальной работы:
    — проведения исследования;
    —  развитие  логического мышления, памяти, речи учащихся
    —  целенаправленная учебная деятельность, когда каждый ученик и группа в целом    объединяются одной целью
    — включение ученика в сам процесс активного участия в добывание новых знаний
    — повышается уровень  восприятия, осмысления и запоминания.
    —  внимательного отношения к окружающим, друг к другу, учебной дисциплины.
    — подводить итоги своей работы, анализировать свою деятельность.

Формы организации работы детей:
— индивидуальная;
— фронтальная;
— групповая;

Формы организации работы учителя:
Использование различных методов для мотивации учащихся:
— словесно- иллюстративный метод;
— репродуктивный метод,
— практический метод,
— проблемный метод, в котором учитель ставит перед учащимися проблему и показывает пути ее решения,
— метод текущего контроля,
— постановка цели занятия перед учащимися,
— организация восприятия новой информации,
— первичная проверка понимания изученного материала,
— организация усвоения нового материала путем практического применения новой информации,
— творческое применение и добывание знаний,
— обобщение изучаемого на уроке и введение его в систему ранее усвоенных знаний.

Технологические особенности: урок строится как цепочка этапов исследовательской деятельности учащихся
Технические условия: урок проводится в кабинете физики с использованием мультимедийного проектора и ПК.

Используемое оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, модели паровой турбины и ДВС, воздушный шарик, презентация (приложение1).

Используемые ресурсы Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов:
видеоролики: «Тепловые машины и их КПД», «Альтернатива тепловых двигателей»
 
Используемые ресурсы из других общедоступных источников:
Учебник физики 10 класс. Автор: Г.Я. Мякишев.
Интернет – ресурсы: сайт «Социальный навигатор» http://www.edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/tepl_test.html

                         План урока
1    Организационный момент.
2.     Мотивация.
3.    Актуализация знаний
4.    Постановка цели занятия перед учащимися.
5.    Организация восприятия новой информации (презентация).
6.    Первичная проверка понимания.
7.   Организация усвоения нового материала путем воспроизведения информации.
8.    Творческое применение и добывание знаний.
9.   Обобщение изучаемого на уроке и введение его в систему ранее усвоенных
знаний.
10.   Домашнее задание.
11.   Подведение итогов урока.
12.  Рефлексия

Ход урока
«Ум заключается не только в знании,
но и в умении применять знания на деле»
Аристотель

1.Организационный момент.
Приветствую учащихся, проверяю готовность класса к уроку
2. Мотивация.
  Однажды  великого мыслителя Сократа спросили о том, что, по его мнению, легче всего в жизни. Он ответил, что легче всего – поучать других, а труднее – познать самого себя. Поскольку физика – наука о природе, а человек – часть ее, причем разумная, то сегодня вы постараетесь понять некоторые законы природы и развития человеческих возможностей в плане применения этих законов. Речь пойдет о тепловых двигателях…

Как ни парадоксально это звучит, но двигателями прогресса являются войны и лень человека, стремление облегчить свои физические усилия…

Речь пойдет о тепловых двигателях – машинах, которые преобразуют внутреннюю (тепловую) энергию в механическую и другие виды.

3.Постановка цели занятия перед учащимися.
«Развитие техники зависит от умения использовать громадные запасы внутренней энергии. Использовать эту энергию — это значит совершать за счет ее полезную работу. Рассмотрим источники, которые совершают работу за счет внутренней энергии.»

Учащиеся записывают в тетради тему урока. Далее им предлагается, в процессе получения информации, составить опорный конспект по плану и наводящим вопросам, которые им раздали.

4.Актуализация знаний.
В одно мгновенье видеть вечность,
Огромный мир — в зерне песка,
В единой горсти — бесконечность,
И небо — в чашечке цветка!
И.А.Бунин

В качестве активизации мыслительной деятельности – разминка. Фронтальный опрос по основам термодинамики:

Что такое внутренняя энергия? Все ли тела ею обладают?

Как можно изменить внутреннюю энергию тела? Какой закон термодинамики об этом говорит?

Как определят количество теплоты при теплообмене, при плавлении тел, при сгорании топлива, при парообразовании?

Как определить работу по сжатию газа? Совершившуюся при расширении газа?

Записать первый закон термодинамики для случаев:

А) нагревание воды кипятильником

Б) нагревание пара в котле

В) нагревание воздуха при сжатии

Г) охлаждение пара при расширении

 5. Организация восприятия новой информации.

Показ презентации, в процессе просмотра учащиеся отвечают на вопросы для оформления опорного конспекта

Какие машины называются тепловыми?

Назовите основные элементы теплового двигателя и их назначение.

Что называют кпд теплового двигателя? Как его определяют?

Назовите виды тепловых машин.

У каких наибольший КПД, почему?

Недостатки тепловых двигателей, пути их устранения
Решение графических и расчетных задач

Чему равен КПД идеального теплового двигателя, если температура нагревателя 4550 С, а температура холодильника 2730 С?


Двигатель получает от нагревателя каждую секунду 7200 Дж теплоты и отдает в холодильник 6400 Дж. Определите КПД.

Учащиеся  делают вывод: почему реальный КПД меньше КПД Карно.
6.  Первичная проверка понимания.

Предлагается ответить на предложенные вопросы, а также выбрать правильные ответы в тесте
Тесты:

1. Какие устройства относятся к тепловым двигателям:
а) превращающие тепловую энергию в механическую;
б) электрическую энергию в тепловую;
в) внутреннюю энергию в тепловую

2. Какой элемент теплового двигателя совершает работу:
а) холодильник;
б) газ или пар;
в) нагреватель;

3. Какие условия необходимы для циклического получения механической работы в тепловом двигателе:
а) наличие нагревателя и холодильника;
б) наличие рабочего тела и холодильника;
в) наличие нагревателя и рабочего тела

4. КПД теплового двигателя всегда:
а) больше1;
б) равен 1;
в) меньше 1.

5. При каком замкнутом процессе тепловой двигатель имеет максимальный КПД:
а) состоящий из двух изотерм и двух изобар:
б) состоящий из двух изохор и двух изобар:
в) состоящий из двух изотерм и двух адиабат

Коэффициент полезного действия теплового двигателя:
Отношение времени полезной работы ко времени, затраченному на техническое обслуживание и ремонт;
Отношение механической работы, совершаемой двигателем, к израсходованной энергии;
Отношение температуры нагревателя к температуре охладителя.

Классический цикл Карно состоит из:
4-х изотерм;
4-х адиабат;
2-х изохор и 2-х адиабат;
Ничего из перечисленного не верно.

Полезная работа в цикле Карно — это:
Площадь под верхней изотермой;
Сумма площадей под верхней изотермой и верхней адиабатой;
Сумма площадей под верхней изотермой и нижней изотермой;
Площадь, ограниченная двумя изотермами и двумя адиабатами;

Для приближения КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, к единице, необходимо:
Повышать температуру нагревателя и понижать температуру холодильника;
Повышать температуру холодильника и понижать температуру нагревателя;
Повышать температуру холодильника и нагревателя;
Понижать температуру холодильника и нагревателя;
Стремиться сделать равной температуру холодильника

Реальный КПД всегда меньше максимального из-за :

Несовершенства конструкции двигателя

Потерь энергии на теплообмен с корпусом и трение

Плохого горючего

Отсутствия точных расчетов
Творческое применение и добывание знаний.

В качестве самостоятельной работы дома вы должны были подготовить информацию об экологических проблемах использования тепловых двигателей и способах их решения. Предоставьте ее.

Сообщения учащихся.

7.Обобщение изученного на уроке.
Какие механизмы называются тепловыми двигателями?
Каков принцип работы тепловых машин?
Формулы расчета КПД идеальной тепловой машины и КПД теплового двигателя.

8. Творческое применение и добывание знаний.

Приведите аргументы «за» и «против» использования тепловых двигателей.

Пути решения экологических проблем.

9.   Обобщение изучаемого на уроке и введение его в систему ранее усвоенных
знаний.
В наше время люди, принимающие ответственные технические решения, должны владеть основами естественных наук, быть экологически грамотными, осознавать свою ответственность за действия и понимать, какой вред они могут принести природе. По нашему мнению автомобиль в жизни и деятельности современной цивилизации просто необходим. Но всякие недоработки научно-технического прогресса необходимо устранять своевременно с той целью, чтобы сохранить в чистоте окружающую среду. Человек должен понять, что жизнь на Земле зависит от его отношения к природе, от гармонии между ними.

10.   Домашнее задание: Кроссворд по теме, §84, упражнение 15 задача 16, краткие итоги главы стр.224-225
11.   Подведение итогов урока.
12.  Рефлексия

По горизонтали. 1.Отец русской космонавтики. 2. Изобретатель первой паровой пушки. 3. Русский изобретатель первой паровой машины. 4. Механик, впервые поставивший бензиновый двигатель на машину. 5. Изобретатель первой паровой машины, получившей широкое распространение. 6. Главный конструктор ракетной техники. 7. Вид теплового двигателя. 8. Часть двигателя.

По вертикали. 1, 2, 3, 5. Части двигателя. 4. Устройство, приводящее в движение механизмы. 6. Устройство, работающее на реактивном двигателе.

Ответы:

По горизонтали. 1.Циолковский. 2. Архимед. 3. Ползунов. 4. Даймлер. 5. Уатт. 6. Королев. 7.Турбина. 8. Шатун.

По вертикали. 1.Поршень. 2. Цилиндр. 3. Клапан. 4. Двигатель. 5. Вал. 6. Ракета

1.6. Причины загрязнения воздуха отработавшими газами автомобилей.

Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85 % «летит на ветер». К тому же камеры сгорания автомобильного двигателя – это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые окислы азота.
В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, из них около 160 – производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива.
Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения. Наиболее исследованными являются выбросы двигателя и картера автомобиля. В состав этих выбросов, помимо азота, кислорода, углекислого газа и воды, входят такие вредные компоненты, как окись. Двигаясь со скоростью 80-90 км/ч в среднем, автомобиль превращает в углекислоту столько же кислорода, сколько 300-350 человек. Но дело не только в углекислоте. Годовой выхлоп одного автомобиля – это 800 кг окиси углерода,40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. В этом наборе весьма коварна окись углерода. Из-за высокой токсичности её допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м3. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели автомобилей при закрытых воротах гаража. В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины. Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним.
Окислы азота токсичны для человека и, кроме того, обладают раздражающим действием. Особо опасной составляющей отработавших газов являются канцерогенные углеводороды, обнаруживаемые, прежде всего, на перекрёстках у светофоров (до 6,4 мкг/100 м3, что в 3 раза больше, чем в середине квартала).
При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель выбрасывает соединения свинца. Свинец опасен тем, что способен накапливаться, как во внешней среде, так и в организме человека.
Уровень загазованности магистралей и примагистральных территорий зависит от интенсивности движения автомобилей, ширины и рельефа улицы, скорости ветра, доли грузового транспорта и автобусов в общем потоке и других факторов. При интенсивности движения 500 транспортных единиц в час концентрация окиси углерода на открытой территории на расстоянии 30-40 м от автомагистрали снижается в 3 раза и достигает нормы. Затруднено рассеивание выбросов автомобилей на тесных улицах. В итоге практически все жители города испытывают на себе вредное влияние загрязнённого воздуха.
Из соединений металлов, входящих в состав твёрдых выбросов автомобилей, наиболее изученными являются соединения свинца. Это обусловлено тем, что соединения свинца, поступая в организм человека и теплокровных животных с водой, воздухом и пищей, оказывают на него наиболее вредное действие. До 50 % дневного поступления свинца в организм приходится на воздух, в котором значительную долю составляют отработавшие газы автомобилей.
Поступления углеводородов в атмосферный воздух происходит не только при работе автомобилей, но и при разливе бензина. По данным американских исследователей в Лос-Анджелесе за сутки испаряется в воздух около 350 тонн бензина. И повинен в этом не столько автомобиль, сколько сам человек. Чуть-чуть пролили при заливке бензина в цистерну, забыли плотно закрыть крышку при перевозке, плеснули на землю при заправке на автозаправочной станции, и в воздух потянулись различные углеводороды.
Каждый автомобилист знает: вылить из шланга весь бензин в бак практически невозможно, какая-то часть его из ствола «пистолета» обязательно выплёскивается на землю. Немного. Но сколько сегодня у нас автомобилей? И с каждым годом их число будет расти, а, значит, будут увеличиваться и вредные испарения в атмосферу. Лишь 300 г. бензина, пролитого при заправке автомобиля, загрязняют 200 тысяч кубических метров воздуха. Самый простой путь решения проблемы – создать заправочные автоматы новой конструкции, не позволяющие пролиться на землю даже одной капле бензина.[8]

Приложение 1. Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу одним автомобилем в течение часа  (г.).

Хим. соединения

Грузовики

Легковые

Автобусы

СО

20,925 

9,375 

9,5 

NО2

2,9 

1,825 

0,74 

С

0,8 

0,125 

SО2

0,19 

0,03 

Рb

0,008 

0,01  

0,05

Приложение 2. Состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей (г.)


Компоненты выхлопных газов

Бензиновые двигатели

Дизельные двигатели

1

Оксид углерода СО(II)

0,035

0,017

2

Оксид углерода СО 2(IY)

0,217

0,2

3

Оксиды азота (NО,  NО2)

0,002

0,001

4

Сажа

0,04

1,1

Приложение 3. Анализ выбросов вредных веществ автомобильным транспортом за 1 час в 2007-2008 гг.

Приложение 4 Рост всемирных выбросов CO2 от разных источников во второй половине XX в.

Приложение 5. Изменение содержания CO2 в атмосфере (в 1975-1995 гг.) на севере Канадского архипелага (один из наименее загрязнённых участков Земли)

Приложение 6. Изменение среднеглобальной температуры приземного воздуха

Альтернативные виды топлива.

До конца XX столетия двигатель внутреннего сгорания остаётся основной движущей силой автомобиля. В связи с этим единственный путь решения энергетической проблемы автомобильного транспорта – это создание альтернативных видов топлива. Новое горючее должно удовлетворить очень многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стоимость, не ухудшать работу двигателя, как можно меньше выбрасывать вредных веществ, по возможности сочетаться со сложившейся системой снабжения топливом и др.
В значительно, больших масштабах в качестве топлива для автомобилей будут использоваться заменители нефти: метанол и этанол, синтетические топлива, получаемые из углей. Их использование поможет существенно снизить токсичность и отрицательное воздействие автомобиля на окружающую среду.
Среди альтернативных видов топлива в первую очередь следует отметить спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавку к бензину, но и в чистом виде. Их главные достоинства – высокая детонационная стойкость и хороший КПД рабочего процесса, недостаток – пониженная теплотворная способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,5-2 раза по сравнению с бензином. Кроме того, из-за плохой испаряемости метанола и этанола затруднен запуск двигателя.
Использование спиртов в качестве автомобильного топлива требует незначительной переделки двигателя. Например, для работы на метаноле достаточно перерегулировать карбюратор, установить устройство для стабилизации запуска двигателя и заменить некоторые подверженные коррозии материалы более стойкими. Учитывая ядовитость чистого метанола, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию топливоподающей системы автомобиля.
Сделать двигатель «чистым» нетрудно. Надо лишь перевести его с бензина на сжатый воздух. Но эта идея не выдержала критики, когда речь заходит об автомобильных двигателях: далеко на таком «горючем» не уедешь. И американские специалисты предложили заменить сжатый воздух жидким азотом. Они даже разработали конструкцию автомобиля, в котором азот, расширяясь при испарении, будет толкать три поршня двигателя. А чтобы процесс испарения шёл активнее, азот предлагают впрыскивать в особую подогревательную камеру, где сжигается небольшое количество дизельного топлива. Такая схема при достаточной мощности обеспечит запас хода до 500 км. Уголь является самым распространенным из не возобновляемых источников энергии. Ещё в 30-е годы в Германии было налажено производство синтетического автомобильного топлива из угля. Был даже период, когда за счёт него удовлетворялось около 50% потребности страны в бензине и дизельном топливе.
Однако к 1953 году почти все установки по получению синтетического топлива Европе были закрыты из-за нерентабельности, что объяснялось низкими ценами на импортируемую нефть. В настоящее время интерес к синтетическому топливу из угля проявляется во многих странах.
В последнее время широкое распространение получила идея использования чистого водорода в качестве альтернативного топлива. Интерес к водородному топливу объясняется тем, что в отличие от других это самый распространённый в природе элемент.
Водород – один из главных претендентов на звание топлива будущего. Для получения водорода могут быть применены различные термохимические, электрохимические и биохимические способы с использованием энергии Солнца, атомных и гидравлических электростанций и т.д.
Экологические преимущества водорода доказаны в ходе различных испытаний.
В каком виде можно применять водород? Газообразный, даже сильно сжатый водород невыгоден, так как для его хранения нужны баллоны большой массы.
Более реальный вариант – использование жидкого водорода. Правда, в этом случае необходимо устанавливать дорогостоящие криогенные баки со специальной термоизоляцией.

По горизонтали. 1.Отец русской космонавтики. 2. Изобретатель первой паровой пушки. 3. Русский изобретатель первой паровой машины. 4. Механик, впервые поставивший бензиновый двигатель на машину. 5. Изобретатель первой паровой машины, получившей широкое распространение. 6. Главный конструктор ракетной техники. 7. Вид теплового двигателя. 8. Часть двигателя.

По вертикали. 1, 2, 3, 5. Части двигателя. 4. Устройство, приводящее в движение механизмы. 6. Устройство, работающее на реактивном двигателе.

По горизонтали. 1.Отец русской космонавтики. 2. Изобретатель первой паровой пушки. 3. Русский изобретатель первой паровой машины. 4. Механик, впервые поставивший бензиновый двигатель на машину. 5. Изобретатель первой паровой машины, получившей широкое распространение. 6. Главный конструктор ракетной техники. 7. Вид теплового двигателя. 8. Часть двигателя.

По вертикали. 1, 2, 3, 5. Части двигателя. 4. Устройство, приводящее в движение механизмы. 6. Устройство, работающее на реактивном двигателе.

По горизонтали. 1.Отец русской космонавтики. 2. Изобретатель первой паровой пушки. 3. Русский изобретатель первой паровой машины. 4. Механик, впервые поставивший бензиновый двигатель на машину. 5. Изобретатель первой паровой машины, получившей широкое распространение. 6. Главный конструктор ракетной техники. 7. Вид теплового двигателя. 8. Часть двигателя.

По вертикали. 1, 2, 3, 5. Части двигателя. 4. Устройство, приводящее в движение механизмы. 6. Устройство, работающее на реактивном двигателе.

Тепловые двигатели — План урока

. Министерство образования и науки Республики Казахстан
КГУ «Областная школа-интернат для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей»

Открытый урок по физике в 8 классе

Тема урока:

«Тепловые двигатели»

Урок разработал: учитель физики
Сыздыкова А.Д.

г.Петропавловск, 2014 год

Тип урока: нестандартный
Форма проведения урока: ролевая игра — пресс — конференция
Цель урока :закрепление понятия теплового двигателя, видов двигателя, их применение.
Задачи урока:
1. Образовательная: рассмотреть устройство и принцип действия ДВС; показать области их применения, выявить проблемы, возникающие при их эксплуатации; рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях, объяснить принцип действия тепловых двигателей.
2. Развивающая: развивать монологическую речь учащихся, развивать умения излагать и воспринимать новый материал; содействовать формированию навыков сравнения, обобщения, логического мышления, поддерживать интерес к предмету.
3. Воспитательная: показать значение тепловых двигателей в жизни человека; объяснить принцип действия тепловых двигателей, рассмотреть, в чем заключается вредное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и здоровье человека; выяснить пути охраны окружающей среды.
Оборудование: компьютер, мультимедиапроектор, экран, штатив, пробирка, пробка, стакан с водой, спиртовка, раздаточный материал, презентация «Тепловые двигатели»
Предварительное задание:
Учащиеся разбиты на группы, каждая группа готовит материал в соответствии со своей ролью.
Группа экспертов
1. Историки: история создания и развития тепловых двигателей;
2. Инженеры-конструкторы: устройство и принцип работы тепловых двигателей;
3. Инженеры -механики: практическое применение и разновидности тепловых двигателей;
4. Эколог: достоинства, уменьшение экологической опасности.
Роль учителя: правильно распределить учеников по группам- от этого зависит весь урок!, помочь ученикам подобрать материал.
Группа журналистов – представляют различные печатные издания (готовят название СМИ, визитки на стол): готовят вопросы на различные темы.
Роль учителя: определить основное направление задаваемых вопросов, отследить, чтобы вопросы касались тематики подготовленных докладов.
Ход урока:
1. Организационный момент. Роль ведущего выполняет учитель.
— приветствие участников.
2. Постановка учебной проблемы. В 3 веке до нашей эры великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара.
Опыт: «Преобразование энергии газа в механическую энергию».
Простейший «одноразовый» тепловой двигатель (паровая машина).
Опыт:
Приборы и материалы: штатив, пробирка, пробка, стакан с водой, спиртовка.
Вывод опыта: При нагревании воды в закрытой пробкой пробирке увеличивается количество пара, находящегося под пробкой, и повышается его давление на пробку. Наконец, давление пара выталкивает пробку, при этом пар совершает работу. Часть первоначальной энергии пара пошло на совершение работы по выталкиванию пробки. Внутренняя энергия пара превратилась в механическую энергию. Так как пар выходит еще достаточно горячий, то оставшуюся энергию он отдает окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру.
3. Знакомство с темой урока, его целью. Итак, тема нашего сегодняшнего урока: «Тепловые двигатели». Цель урока — закрепить понятие теплового двигателя, рассмотреть их виды и область применения.
Эпиграфом урока я взяла стихотворение Валерия Брюсова:
Вращайтесь, мощные колеса,
Свистите, длинные ремни,
Горите свыше, впрямь и косо,
Над взмахами валов, огни!
Пуды, бросая, как пригоршню,
В своем разлете роковом
Спешите, яростные поршни,
Бороться с мертвым естеством!
Кто скажет, о чем идет речь в данном стихотворении? (беседа)
4. Пресс — конференция. Сегодня мы проведем пресс — конференцию по теме «Тепловые двигатели», на которой присутствуют корреспонденты (имена), а также гости.
На вопросы, интересующие корреспондентов, ответят эксперты — историки, инженеры — конструкторы, инженеры — механики и экологи. Они сидят за столиком №1. За столом №2 сидят журналисты, освещающие ход пресс — конференции. Ну, а за столом №3 у нас находятся помощники экспертов.
Итак, расскажите нам историю развития двигателей.
(доклад ученого-историка. (презентация «История создания тепловых двигателей»).
Каков же принцип работы тепловых двигателей? (модель ДВС, презентация «Принцип работы тепловых двигателей»). По модели рассказывают устройство двигателя: цилиндр, поршень, соединенный с валом, два клапана, свеча.
1 такт – впуск. Поршень опускается вниз, при этом в камере создается разреженное пространство, в это время открывается первый клапан и в цилиндр поступает горючая смесь.
2 такт – сжатие. Клапан закрывается. Поршень поднимается вверх, сжимая горючую смесь. В конце такта горючая смесь воспламеняется от электрической искры и сгорает.
3 такт – рабочий ход. Образующиеся при сгорании газы расширяются и толкают при этом поршень. Поршень совершает работу.
4 такт – выпуск. Поршень по инерции поднимается вверх, открывается второй клапан, через который выходят отработанные газы.
В автомобилях используются 4-х цилиндровые двигатели внутреннего сгорания. Цилиндры отрегулированы так, что в них поочередно происходит рабочий ход и вал все время получает энергию от одного из поршней.
О практическом применении и видах ДВС нам расскажет инженер-механик. (презентация «Тепловые двигатели»)
ДВС широко используются во всех отраслях народного хозяйства: устанавливаются на тракторах, комбайнах, автомобилях, автобусах, тепловозах, ими оснащены речные и морские суда.
Тепловые двигатели оказывают огромное воздействие на окружающую природу. О плюсах и минусах тепловых двигателей расскажет эколог. (доклад ученика, презентация «Тепловые двигатели и окружающая среда»)
Кроме видимых недостатков тепловые двигатели имеют много достоинств: надежность, долговечность, простота обслуживания, возможность длительных перегрузок. Специалистами ведутся работы в области уменьшения вредного воздействия на окружающую среду, уменьшения токсичности, шума.
После заслушивания докладов ученых, журналисты задают вопросы экспертам:
1. Что послужило причиной возникновения тепловых двигателей?
2. Изобразите простейшую схему тепловых двигателей.
3. Какие двигатели наиболее производительны?
4. Тепловые двигатели оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Не разумнее ли отказаться от их использования?
5. Закрепление изученного материала.
Ну, а сейчас давайте ещё раз коротко повторим то, что мы закрепили на сегодняшнем уроке.
• Какие машины называют тепловыми двигателями?
• Какие виды тепловых двигателей вы знаете?
• Что является нагревателем двигателя внутреннего сгорания?
• Что является холодильником двигателя внутреннего сгорания?
• Из скольких тактов состоит цикл двигателя внутреннего сгорания?
• Какой такт изображен на рисунке 56 учебника? стр.
Теперь мне хотелось бы проверить, насколько хорошо вы усвоили новый материал. Для этого я предлагаю вам ответить на вопросы теста. Но оценивать ваши знания будем вместе после проведения теста.
6. Подведение итогов урока.
Вернемся к эпиграфу нашего урока. Какова главная мысль данного стихотворения?
С момента, когда была построена первая паровая машина, до настоящего времени прошло более 240 лет. За это время тепловые машины сильно изменили содержание жизни человека. Именно применение этих машин позволило человечеству шагнуть в космос, раскрыть тайны морских глубин. Поэтому главная мысль стихотворения Брюсова заключается в том, что двигатели помогают нам в борьбе с «мертвым естеством».
7. Выставление оценок.
8. Домашнее задание: написать небольшую заметку «Какой проект я представлю на EXPO-2017 »
9. Рефлексия.
Прежде чем покинуть класс просьба заполнить таблицу.
На уроке я работал активно / пассивно
Своей работой на уроке я доволен / не доволен
Урок для меня показался коротким / длинным
За урок я не устал / устал
Мое настроение стало лучше / стало хуже
Материал урока мне был понятен / не понятен
полезен / бесполезен
интересен / скучен
Домашнее задание мне кажется легким / трудным
интересно / не интересно
Ответы подчеркнуть

Урока время истекло,
Я вам, ребята, благодарна
За то, что встретили тепло
И поработали ударно.
На этом наш урок окончен. Спасибо за урок!

Скачать методички (классные уроки) для учителей по разным предметам: история, литература, физика. Как провести урок с учеником, вам поможет грамотно составленный план урока. Занятия по математике, литературе, физике, информатике, химии, психологии.

.

Экологические проблемы использования тепловых двигателей

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии.

ЭКОЛОГЧЕСКИЙ КРИЗИС, нарушение взаимосвязей внутри экосистемы или необратимые явления в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью и угрожающие существованию человека как вида. По степени угрозы естественной жизни человека и развитию общества выделяются неблагоприятная экологическая ситуация, экологическое бедствие и экологическая катастрофа

Загрязнения от тепловых двигателей:

1. Химическое.

2. Радиоактивное.

3. Тепловое.

КПД тепловых двигателей < 40%, в следствии чего больше 60% теплоты двигатель отдаёт холодильнику.

При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, азотных, серных и других соединений.

Меры предотвращения загрязнений:

1.Снижение вредных выбросов.

2.Контроль за выхлопными газами, модификация фильтров.

3.Сравнение эффективности и экологической безвредности различных видов топлива, перевод транспорта на газовое топливо.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода, углеводороды, окислы азота, бензапирен, альдегиды и сажу.В среднем при пробеге автомобилем в год 15 тыс.км им сжигается более 2 т топлива и потребляется около 30 т воздуха. При этом в атмосферу выбрасывается около 700 кг угарного газа (СО), 400 кг диоксида азота, 230 кг углеводородов и других загрязняющих веществ, общее количество которых составляет более чем 200 наименований. Ежегодно в атмосферный воздух с отработавшими газами мобильными источниками выбрасывается около 1 млн.т загрязняющих веществ.

Некоторые из этих веществ, например, тяжелые металлы и отдельные хлорорганические соединения, стойкие органические загрязнители накапливаются в природной среде и представляют серьезную угрозу, как для окружающей среды, так и здоровья людей. При сохранении существующих темпов роста парка автомобилей прогнозируется, что к 2015 году объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух возрастет до 10% и более.

Кардинально решить проблему загрязнения атмосферы транспортом мог бы электромобиль. Сегодня наиболее широкое применение электровозы нашли на железнодорожном транспорте.

2. С экологической точки зрения в качестве топлива для автомобилей лучше всего подходит водород, который, к тому же, является самым теплотворным

3. Предпринимаются попытки создания двигателей использующих в виде топлива воздух, спирт, биотопливо и др. Но, к сожалению, пока все эти двигатели можно скорее назвать экспериментальными образцами. Но наука не стоит на месте, будем надеяться, что процесс создания экологически чистого автомобиля не «за горами»
Причины загрязнения воздуха отработавшими газами
автомобилей.

Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85 % «летит на ветер». К тому же камеры сгорания автомобильного двигателя – это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые окислы азота.
В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, из них около 160 – производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива.
Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения. Наиболее исследованными являются выбросы двигателя и картера автомобиля. В состав этих выбросов, помимо азота, кислорода, углекислого газа и воды, входят такие вредные компоненты, как окись. Двигаясь со скоростью 80-90 км/ч в среднем, автомобиль превращает в углекислоту столько же кислорода, сколько 300-350 человек. Но дело не только в углекислоте. Годовой выхлоп одного автомобиля – это 800 кг окиси углерода,40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. В этом наборе весьма коварна окись углерода. Из-за высокой токсичности её допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м3. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели автомобилей при закрытых воротах гаража. В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины. Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним.
Окислы азота токсичны для человека и, кроме того, обладают раздражающим действием. Особо опасной составляющей отработавших газов являются канцерогенные углеводороды, обнаруживаемые, прежде всего, на перекрёстках у светофоров (до 6,4 мкг/100 м3, что в 3 раза больше, чем в середине квартала).
При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель выбрасывает соединения свинца. Свинец опасен тем, что способен накапливаться, как во внешней среде, так и в организме человека.
Уровень загазованности магистралей и при магистральных территорий зависит от интенсивности движения автомобилей, ширины и рельефа улицы, скорости ветра, доли грузового транспорта и автобусов в общем потоке и других факторов. При интенсивности движения 500 транспортных единиц в час концентрация окиси углерода на открытой территории на расстоянии 30-40 м от автомагистрали снижается в 3 раза и достигает нормы. Затруднено рассеивание выбросов автомобилей на тесных улицах. В итоге практически все жители города испытывают на себе вредное влияние загрязнённого воздуха.
Из соединений металлов, входящих в состав твёрдых выбросов автомобилей, наиболее изученными являются соединения свинца. Это обусловлено тем, что соединения свинца, поступая в организм человека и теплокровных животных с водой, воздухом и пищей, оказывают на него наиболее вредное действие. До 50 % дневного поступления свинца в организм приходится на воздух, в котором значительную долю составляют отработавшие газы автомобилей.
Поступления углеводородов в атмосферный воздух происходит не только при работе автомобилей, но и при разливе бензина. По данным американских исследователей в Лос-Анджелесе за сутки испаряется в воздух около 350 тонн бензина. И повинен в этом не столько автомобиль, сколько сам человек. Чуть-чуть пролили при заливке бензина в цистерну, забыли плотно закрыть крышку при перевозке, плеснули на землю при заправке на автозаправочной станции, и в воздух потянулись различные углеводороды.
Каждый автомобилист знает: вылить из шланга весь бензин в бак практически невозможно, какая-то часть его из ствола «пистолета» обязательно выплёскивается на землю. Немного. Но сколько сегодня у нас автомобилей? И с каждым годом их число будет расти, а, значит, будут увеличиваться и вредные испарения в атмосферу. Лишь 300 г. бензина, пролитого при заправке автомобиля, загрязняют 200 тысяч кубических метров воздуха. Самый простой путь решения проблемы – создать заправочные автоматы новой конструкции, не позволяющие пролиться на землю даже одной капле бензина.

Вывод

Можно без преувеличения говорить о том, что тепловые двигатели в настоящее время являются основными преобразователями топлива в другие виды энергии, и без них был бы невозможен прогресс в развитии современной цивилизации. Тем не менее, все виды тепловых двигателей являются источниками загрязнения окружающей среды. (Кострюков Денис)

Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей

Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей

Подробности
Просмотров: 990

«Физика — 10 класс»

Что такое термодинамическая система и какими параметрами характеризуется её состояние.
Сформулируйте первый и второй законы термодинамики.

Именно создание теории тепловых двигателей и привело к формулированию второго закона термодинамики.

Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Но для решения практических задач располагать запасами энергии ещё недостаточно. Необходимо так же уметь за счёт энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства транспорта, тракторы и другие машины, вращать роторы генераторов электрического тока и т. д. Человечеству нужны двигатели — устройства, способные совершать работу. Большая часть двигателей на Земле — это тепловые двигатели.

Тепловые двигатели — это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую работу.

Принцип действия тепловых двигателей.

Для того чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Во всех тепловых двигателях эта разность давлений достигается за счёт повышения температуры рабочего тела (газа) на сотни или тысячи градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.

Одна из основных частей двигателя — сосуд, наполненный газом, с подвижным поршнем. Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ, который совершает работу при расширении. Обозначим начальную температуру рабочего тела (газа) через T1. Эту температуру в паровых турбинах или машинах приобретает пар в паровом котле. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри самого двигателя. Температуру Т1 называют температурой нагревателя.

Роль холодильника.

По мере совершения работы газ теряет энергию и неизбежно охлаждается до некоторой температуры Т2, которая обычно несколько выше температуры окружающей среды. Её называют температурой холодильника. Холодильником является атмосфера или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара — конденсаторы. В последнем случае температура холодильника может быть немного ниже температуры окружающего воздуха.

Таким образом, в двигателе рабочее тело при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы. Часть тепла неизбежно передаётся холодильнику (атмосфере) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин.

Эта часть внутренней энергии топлива теряется. Тепловой двигатель совершает работу за счёт внутренней энергии рабочего тела. Причём в этом процессе происходит передача теплоты от более горячих тел (нагревателя) к более холодным (холодильнику). Принципиальная схема теплового двигателя изображена на рисунке 13.13.

Рабочее тело двигателя получает от нагревателя при сгорании топлива количество теплоты Q1, совершает работу А’ и передаёт холодильнику количество теплоты Q2 < Q1.

Для того чтобы двигатель работал непрерывно, необходимо рабочее тело вернуть в начальное состояние, при котором температура рабочего тела равна Т1. Отсюда следует, что работа двигателя происходит по периодически повторяющимся замкнутым процессам, или, как говорят, по циклу.

Цикл — это ряд процессов, в результате которых система возвращается в начальное состояние.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя.

Невозможность полного превращения внутренней энергии газа в работу тепловых двигателей обусловлена необратимостью процессов в природе. Если бы тепло могло самопроизвольно возвращаться от холодильника к нагревателю, то внутренняя энергия могла бы быть полностью превращена в полезную работу с помощью любого теплового двигателя. Второй закон термодинамики может быть сформулирован следующим образом:

Второй закон термодинамики:
невозможно создать вечный двигатель второго рода, который полностью превращал бы теплоту в механическую работу.

Согласно закону сохранения энергии работа, совершаемая двигателем, равна:

А’ = Q1 — |Q2|,         (13.15)

где Q1 — количество теплоты, полученной от нагревателя, a Q2 — количество теплоты, отданной холодильнику.

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют отношение работы А’, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя:

Так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передаётся холодильнику, то η < 1.

Максимальное значение КПД тепловых двигателей.

Законы термодинамики позволяют вычислить максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего с нагревателем, имеющим температуру Т1, и холодильником с температурой Т2, а также определить пути его повышения.

Впервые максимально возможный КПД теплового двигателя вычислил французский инженер и учёный Сади Карно (1796—1832) в труде «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1824).

Карно придумал идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Идеальная тепловая машина Карно работает по циклу, состоящему из двух изотерм и двух адиабат, причем эти процессы считаются обратимыми (рис. 13.14). Сначала сосуд с газом приводят в контакт с нагревателем, газ изотермически расширяется, совершая положительную работу, при температуре Т1, при этом он получает количество теплоты Q1.

Затем сосуд теплоизолируют, газ продолжает расширяться уже адиабатно, при этом его температура понижается до температуры холодильника Т2. После этого газ приводят в контакт с холодильником, при изотермическом сжатии он отдаёт холодильнику количество теплоты Q2, сжимаясь до объёма V4 < V1. Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:

Как следует из формулы (13.17), КПД машины Карно прямо пропорционален разности абсолютных температур нагревателя и холодильника.

Главное значение этой формулы состоит в том, что в ней указан путь увеличения КПД, для этого надо повышать температуру нагревателя или понижать температуру холодильника.

Любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т1, и холодильником с температурой Т2, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины: Процессы, из которых состоит цикл реальной тепловой машины, не являются обратимыми.

Формула (13.17) даёт теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем больше разность температур нагревателя и холодильника.

Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1. Кроме этого доказано, что КПД, рассчитанный по формуле (13.17), не зависит от рабочего вещества.

Но температура холодильника, роль которого обычно играет атмосфера, практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твёрдое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счёт уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д.

Для паровой турбины начальные и конечные температуры пара примерно таковы: Т1 — 800 К и Т2 — 300 К. При этих температурах максимальное значение коэффициента полезного действия равно 62 % (отметим, что обычно КПД измеряют в процентах). Действительное же значение КПД из-за различного рода энергетических потерь приблизительно равно 40 %. Максимальный КПД — около 44% — имеют двигатели Дизеля.

Охрана окружающей среды.

Трудно представить современный мир без тепловых двигателей. Именно они обеспечивают нам комфортную жизнь. Тепловые двигатели приводят в движение транспорт. Около 80 % электроэнергии, несмотря на наличие атомных станций, вырабатывается с помощью тепловых двигателей.

Однако при работе тепловых двигателей происходит неизбежное загрязнение окружающей среды. В этом заключается противоречие: с одной стороны, человечеству с каждым годом необходимо всё больше энергии, основная часть которой получается за счёт сгорания топлива, с другой стороны, процессы сгорания неизбежно сопровождаются загрязнением окружающей среды.

При сгорании топлива происходит уменьшение содержания кислорода в атмосфере. Кроме этого, сами продукты сгорания образуют химические соединения, вредные для живых организмов. Загрязнение происходит не только на земле, но и в воздухе, так как любой полёт самолёта сопровождается выбросами вредных примесей в атмосферу.

Одним из следствий работы двигателей является образование углекислого газа, который поглощает инфракрасное излучение поверхности Земли, что приводит к повышению температуры атмосферы. Это так называемый парниковый эффект. Измерения показывают, что температура атмосферы за год повышается на 0,05 °С. Такое непрерывное повышение температуры может вызвать таяние льдов, что, в свою очередь, приведёт к изменению уровня воды в океанах, т. е. к затоплению материков.

Отметим ещё один отрицательный момент при использовании тепловых двигателей. Так, иногда для охлаждения двигателей используется вода из рек и озёр. Нагретая вода затем возвращается обратно. Рост температуры в водоёмах нарушает природное равновесие, это явление называют тепловым загрязнением.

Для охраны окружающей среды широко используются различные очистительные фильтры, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ, совершенствуются конструкции двигателей. Идёт непрерывное усовершенствование топлива, дающего при сгорании меньше вредных веществ, а также технологии его сжигания. Активно разрабатываются альтернативные источники энергии, использующие ветер, солнечное излучение, энергию ядра. Уже выпускаются электромобили и автомобили, работающие на солнечной энергии.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский



Основы термодинамики. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Насыщенный пар — Давление насыщенного пара — Влажность воздуха — Примеры решения задач по теме «Насыщенный пар. Влажность воздуха» — Кристаллические тела — Аморфные тела — Внутренняя энергия — Работа в термодинамике — Примеры решения задач по теме «Внутренняя энергия. Работа» — Количество теплоты. Уравнение теплового баланса — Примеры решения задач по теме: «Количество теплоты. Уравнение теплового баланса» — Первый закон термодинамики — Применение первого закона термодинамики к различным процессам — Примеры решения задач по теме: «Первый закон термодинамики» — Второй закон термодинамики — Статистический характер второго закона термодинамики — Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей — Примеры решения задач по теме: «КПД тепловых двигателей»

Тепловой двигатель

: определение, типы и примеры

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Ли Джонсон

Тепловые двигатели окружают вас повсюду. От машины, которую вы едете, до холодильника, который охлаждает продукты, до систем отопления и охлаждения вашего дома, все они работают на одних и тех же ключевых принципах.

Цель любого теплового двигателя — преобразовать тепловую энергию в полезную работу, и для этого можно использовать множество различных подходов. Одна из простейших форм теплового двигателя — двигатель Карно, названный в честь французского физика Николя Леонарда Сади Карно, построенный на идеализированном четырехступенчатом процессе, который зависит от адиабатической и изотермической стадий.

Но двигатель Карно — всего лишь один пример теплового двигателя, и многие другие типы достигают той же основной цели. Изучение того, как работают тепловые двигатели и как вычислять эффективность тепловых двигателей, важно для любого, кто изучает термодинамику.

Что такое тепловой двигатель?

Тепловой двигатель — это термодинамическая система, преобразующая тепловую энергию в механическую. Хотя под этот общий заголовок попадает множество различных конструкций, несколько основных компонентов можно найти практически в любом тепловом двигателе.

Любой тепловой двигатель нуждается в тепловой ванне или высокотемпературном источнике тепла, которые могут принимать множество различных форм (например, ядерный реактор является источником тепла на атомной электростанции, но во многих случаях сжигаемое топливо используется в качестве источника тепла. источник тепла). Кроме того, должен быть резервуар с низкотемпературным холодом, а также сам двигатель, который обычно представляет собой газ, который расширяется при подаче тепла.

Двигатель поглощает тепло из горячего резервуара и расширяется, и именно этот процесс расширения воздействует на окружающую среду, как правило, с помощью поршня.Затем система отдает тепловую энергию обратно в холодный резервуар и возвращается в исходное состояние. Затем процесс повторяется снова и снова циклически, чтобы непрерывно производить полезную работу.

Типы тепловых двигателей

Термодинамические циклы или циклы двигателя — это общий способ описания многих конкретных термодинамических систем, которые работают циклически, обычным для большинства тепловых двигателей. Простейшим примером теплового двигателя, работающего с термодинамическими циклами, является двигатель Карно или двигатель, работающий на основе цикла Карно.Это идеализированная форма теплового двигателя, в котором задействованы только обратимые процессы, в частности адиабатическое и изотермическое сжатие и расширение.

Все двигатели внутреннего сгорания работают по циклу Отто, который представляет собой еще один тип термодинамического цикла, в котором воспламенение топлива используется для работы с поршнем. На первой стадии поршень опускается, всасывая топливно-воздушную смесь в двигатель, которая затем адиабатически сжимается на второй стадии и воспламеняется на третьей.

Перед открытием выпускного клапана происходит быстрое повышение температуры и давления, которое воздействует на поршень за счет адиабатического расширения, что приводит к снижению давления.Наконец, поршень поднимается, чтобы удалить израсходованные газы и завершить цикл двигателя.

Другой тип теплового двигателя — двигатель Стирлинга, который содержит фиксированное количество газа, которое перемещается между двумя разными цилиндрами на разных этапах технологического процесса. На первом этапе происходит нагрев газа для повышения температуры и создания высокого давления, которое перемещает поршень для обеспечения полезной работы.

Поршень затем поднимается вверх и толкает газ во второй цилиндр, где он охлаждается холодным резервуаром перед повторным сжатием, процесс, требующий меньше работы, чем был произведен на предыдущем этапе.Наконец, газ возвращается в исходную камеру, где цикл двигателя Стирлинга повторяется.

КПД тепловых двигателей

КПД теплового двигателя — это отношение полезной производимой работы к затраченной тепловой или тепловой энергии, и результатом всегда является значение от 0 до 1 без единиц измерения, поскольку и тепловая энергия, и Объем работы измеряется в джоулях. Это означает, что если бы у вас был идеальный тепловой двигатель , он имел бы КПД 1 и преобразовывал бы всю тепловую энергию в полезную работу, а если бы ему удалось преобразовать половину ее, КПД был бы равен 0.5. В простом виде формулу можно записать так:

\ text {Эффективность} = \ frac {\ text {Работа}} {\ text {Тепловая энергия}}

Конечно, тепловая машина не может имеют эффективность 1, потому что второй закон термодинамики диктует, что любая замкнутая система со временем будет увеличивать энтропию. Хотя есть точное математическое определение энтропии, которое вы можете использовать, чтобы понять это, самый простой способ подумать об этом состоит в том, что присущая любому процессу неэффективность приводит к некоторой потере энергии, обычно в форме отходящего тепла.Например, поршень двигателя, несомненно, будет иметь некоторое трение, работающее против его движения, что означает, что система будет терять энергию в процессе преобразования тепла в работу.

Теоретический максимальный КПД теплового двигателя называется КПД Карно. Уравнение для этого связывает температуру горячего резервуара T H и холодного резервуара T C с КПД ( η ) двигателя.

η = 1 — \ frac {T_C} {T_H}

Вы можете умножить результат на 100, если хотите выразить ответ в процентах.Важно помнить, что это теоретический максимум — маловероятно, что какой-либо реальный двигатель действительно приблизится к эффективности Карно на практике.

Важно отметить, что вы максимизируете эффективность тепловых двигателей, увеличивая разницу температур между горячим резервуаром и холодным резервуаром. Для автомобильного двигателя T H — это температура газов внутри двигателя при сгорании, а T C — это температура, при которой они выталкиваются из двигателя.

Примеры из реального мира — паровой двигатель

Паровой двигатель и паровые турбины — два наиболее известных примера теплового двигателя, и изобретение парового двигателя стало важным историческим событием в индустриализации общества. Паровой двигатель работает аналогично другим тепловым двигателям, которые обсуждались до сих пор: котел превращает воду в пар, который направляется в цилиндр, содержащий поршень, и высокое давление пара перемещает цилиндр.

Пар передает часть тепловой энергии цилиндру, охлаждая при этом, а затем, когда поршень полностью выталкивается, оставшийся пар выпускается из цилиндра. В этот момент поршень возвращается в исходное положение (иногда пар направляется на другую сторону поршня, чтобы он тоже мог оттолкнуть его назад), и термодинамический цикл начинается снова с большим количеством пара.

Эта относительно простая конструкция позволяет производить большой объем полезной работы из всего, что способно кипятить воду.Эффективность тепловой машины с такой конструкцией зависит от разницы между температурой пара и окружающей среды. Паровоз использует работу, созданную в результате этого процесса, для поворота колес и движения поезда.

Паровая турбина работает очень похоже, за исключением того, что работа идет на вращение турбины, а не на перемещение поршня. Это особенно полезный способ выработки электроэнергии из-за вращательного движения, создаваемого паром.

Примеры из реальной жизни — Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания работает на основе цикла Отто, описанного выше, с искровым зажиганием, используемым для бензиновых двигателей, и воспламенением от сжатия, используемым для дизельных двигателей.Основное различие между ними заключается в способе воспламенения топливно-воздушной смеси, при этом топливно-воздушная смесь сжимается, а затем физически воспламеняется в бензиновых двигателях, а топливо распыляется в сжатый воздух в дизельных двигателях, вызывая его воспламенение от температуры. .

Помимо этого, остальная часть цикла Отто завершается, как описано ранее: Топливо всасывается в двигатель (или просто воздух для дизельного топлива), сжимается, воспламеняется (искра для топлива и распыление топлива в горячий сжатый воздух). для дизельного топлива), который выполняет полезную работу с поршнем за счет адиабатического расширения, а затем выпускной клапан открывается для снижения давления, и поршень выталкивает отработанный газ.

Примеры из реального мира — тепловые насосы, кондиционеры и холодильники

Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники тоже работают в форме теплового цикла, хотя у них другая цель — использовать работу для перемещения тепловой энергии. чем наоборот. Например, в цикле нагрева теплового насоса хладагент поглощает тепло из наружного воздуха из-за его более низкой температуры (поскольку тепло всегда течет от горячего к холодному), а затем проталкивается через компрессор для повышения его температуры. давление и, следовательно, его температура.

Этот более горячий воздух затем перемещается в конденсатор рядом с обогреваемым помещением, где тот же процесс передает тепло в помещение. Наконец, хладагент проходит через клапан, который понижает давление и, следовательно, температуру, и готов к следующему циклу нагрева.

В цикле охлаждения (как в кондиционере или холодильнике) процесс, по сути, протекает в обратном порядке. Хладагент поглощает тепловую энергию из комнаты (или внутри холодильника), потому что он поддерживается при низкой температуре, а затем проталкивается через компрессор для повышения давления и температуры.

В этот момент он перемещается за пределы комнаты (или в заднюю часть холодильника), где тепловая энергия передается более холодному наружному воздуху (или окружающей комнате). Затем хладагент направляется через клапан для понижения давления и температуры, считая для другого цикла нагрева.

Поскольку цель этих процессов противоположна примерам двигателей, выражение для КПД теплового насоса или холодильника также отличается. Впрочем, по форме это вполне предсказуемо.Для отопления:

η = \ frac {Q_H} {W_ {in}}

η = \ frac {Q_C} {W_ {in}}

Где термины Q относятся к тепловой энергии, подаваемой в комната (с индексом H) и перемещенная из нее (с индексом C) и W в является входом работы в систему в виде электричества. Опять же, это значение является безразмерным числом от 0 до 1, но вы можете умножить результат на 100, чтобы получить процентное значение, если хотите.

Пример из реального мира — электростанции или электростанции

Электростанции или электростанции — это просто еще одна форма теплового двигателя, независимо от того, производят ли они тепло с помощью ядерного реактора или сжигая топливо.Источник тепла используется для перемещения турбин и, таким образом, выполнения механической работы, часто с использованием пара из нагретой воды для вращения паровой турбины, которая вырабатывает электричество описанным выше способом. Точный используемый тепловой цикл может варьироваться между электростанциями, но обычно используется цикл Ренкина.

Цикл Ренкина начинается с повышения температуры воды источником тепла, затем расширения водяного пара в турбине, за которым следует конденсация в конденсаторе (высвобождение отходящего тепла в процессе), прежде чем охлажденная вода поступает в насос.Насос увеличивает напор воды и подготавливает ее к дальнейшему нагреву.

Типы тепловых двигателей [внутреннего и внешнего сгорания]

Что такое тепловой двигатель?

Прежде чем перейти к тепловым двигателям (Классификация тепловых двигателей), давайте сначала разберемся, что такое двигатель.

Двигатель — это устройство, преобразующее одну форму энергии в другую.

Двигатели можно разделить на два типа: двигатели внутреннего сгорания и двигатели без внутреннего сгорания.Примерами двигателей без внутреннего сгорания являются ветряные и водяные турбины. Примером двигателя внутреннего сгорания является тепловой двигатель.

Теперь перейдем к определению тепловых двигателей.

Тепловой двигатель — это устройство, преобразующее химическую энергию топлива в тепловую и использующее эту тепловую энергию для выполнения полезной работы.

Типы тепловых двигателей

Тепловые двигатели

можно в целом разделить на двигатели внутреннего и внешнего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, в которых топливо сжигается внутри цилиндра.Химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию, которая в конечном итоге преобразуется в механическую энергию.

Двигатели внешнего сгорания — это двигатели, в которых топливо сжигается вне цилиндра и с помощью рабочей жидкости подается в цилиндр. Химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию, которая в конечном итоге преобразуется в механическую энергию.

Тепловые двигатели обоих типов можно разделить на роторные и поршневые. В роторных двигателях работа достигается за счет тепла с помощью роторных устройств (например.г. Турбины). В поршневых двигателях тепло преобразуется в работу с помощью возвратно-поступательного механизма (например, поршня и цилиндра).

Ниже приведены некоторые аббревиатуры

IC — Внутреннее сгорание

EC — Внешнее сгорание

Тепловые двигатели

  1. Двигатели внутреннего сгорания

(i) Поворотный
  • Газовая турбина открытого цикла
  • Двигатель Ванкеля
(ii) возвратно-поступательное движение
  • Бензиновый двигатель
  • Дизельный двигатель
  1. EC Двигатель

(i) Поршневой
  • Паровой двигатель
  • Двигатель Стирлинга
(ii) Поворотный
  • Паровая турбина
  • Газовая турбина замкнутого цикла

Сравнение двигателей внутреннего и внешнего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания Двигатели внешнего сгорания
Начальная стоимость низкая Начальная стоимость высока
Не работают на твердом топливе Может работать на твердом топливе
Им требуется меньше места Им требуется больше места

Источник избранного изображения: Джефф Дал, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3235265

Что такое тепловой двигатель? | Ан-Обзор

В этой статье описывается тепловой двигатель, который является известным типом двигателей. В термодинамике и технике тепловой двигатель — это устройство, которое преобразует тепловую или тепловую мощность в механическую, которую можно использовать для выполнения различных механических работ. Это достигается перемещением рабочего материала с более высокой температуры на более низкую.

Источник тепла производит тепловую энергию, которая нагревает рабочий материал и преобразует его температуру в высокую.Этот рабочий материал производит работу в рабочем теле двигателя и в то же время передает тепловую энергию резервуару с холодной жидкостью до тех пор, пока он не достигнет состояния с необходимой низкой температурой. В этой процедуре некоторая тепловая мощность преобразуется в работу, используя свойства рабочего материала.

Когда кто-то потирает руку друг о друга, возникает трение из-за трения. Это трение преобразует механическую энергию (движения рук) в тепло (руки становятся горячее). Тепловой двигатель работает в противоположных направлениях, потому что этот тип двигателя берет энергию из теплой энергии (по сравнению с окружающей средой) и преобразует ее в движение.Обычно это движение преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора.

В тепловых двигателях используются разные рабочие материалы, но чаще всего в этих двигателях используются жидкости или газ. В этой процедуре небольшая часть тепла обычно теряется в окружающую среду, и эта часть тепла не может быть преобразована в конечную продукцию. Кроме того, некоторая часть энергии не может быть использована из-за сопротивления и силы трения.

Тепловые двигатели вырабатывают почти все виды энергии, которые используются для электричества и транспорта.Почти все предметы, даже газы, обладают тепловой энергией, которая может превращаться в ценную энергию. Тепловой двигатель передает энергию из горячего места в холодное и преобразует часть энергии в механическую. Температурный зазор необходим для работы теплового двигателя.

Первым источником вдохновения для термодинамических исследований была попытка извлечь как можно больше энергии из теплового двигателя. До сих пор израсходованы многочисленные виды топлива, такие как уран, уголь, бензин и т. Д. Все эти тепловые двигатели по-прежнему работают в условиях ограничений, накладываемых вторым законом термодинамики.Это означает, что для нагрева газа использовались разные виды топлива, и для отвода остаточного тепла требуется большой охлаждающий бак. Таким образом, отработанное тепло, образующееся в результате этого процесса, обычно попадает в окружающую среду или в большое количество воды, например реки, озера или моря.

В зависимости от типа двигателя используются различные методы, например сжигание для воспламенения топлива (уголь и бензин) или использование энергии ядерного процесса для выработки тепла (например, урана), но цель этих процессов одинакова (преобразование тепло в полезную работу).Наиболее распространенными примерами теплового двигателя являются двигатели различных транспортных средств, например, грузовиков, автобусов, автомобилей и т. Д. Большинство гидроэлектростанций, таких как атомные, газовые, угольные и гидроэлектростанции, также имеют тепловые двигатели.

Типы тепловых двигателей:

Есть два самых известных типа тепловых двигателей.

  1. Двигатель внешнего сгорания (ECE)
  2. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Описание этих двигателей приводится ниже.

1) Двигатель внешнего сгорания

Двигатель внешнего сгорания — это известный тип теплового двигателя, в котором рабочее тело воспламеняется за счет сгорания от внешнего источника через стенку теплообменника или двигателя. Эти двигатели не подходят для внутренней части автомобиля, как двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внешнего сгорания крепится к внешней части автомобиля. В этом двигателе сгорание не происходит в цилиндре, а поршень приводится в движение паром.Это к тому месту.

Внешняя камера сгорания содержит смесь воздуха и топлива, которая воспламеняется с выделением тепла. Вырабатываемое тепло используется для нагрева внутренней жидкости через стенку теплообменника или двигателя. При нагревании жидкость расширяется и воздействует на механизмы двигателя, создавая движение и полезную работу. Затем эту жидкость наливают (открытый цикл) или охлаждают, сжимают и снова используют (закрытый цикл). Двигатель внешнего сгорания использует сгорание в первую очередь как среду тепла, и этот двигатель одинаково хорошо работает с другими типами источников тепла.

Паровая машина является примером двигателя внешнего сгорания. Большая часть мировой электроэнергии производится с помощью паровых турбин. В киловаттах пар по-прежнему остается лучшим, даже если он превосходит двигатель внутреннего сгорания. Еще один пример — двигатель Стирлинга, который в настоящее время играет только нишевую функцию. В некоторых типах газовых турбин используется внешняя циркуляция. Он может быстро расширяться с образованием сверхкритического диоксида углерода в качестве рабочей жидкости.

Поезд с паровым двигателем также является хорошо известным примером двигателя внешнего сгорания.

Работа двигателя EC

Двигатель внешнего сгорания — это тепловой двигатель, который преобразует тепловую энергию в механическую энергию, нагревая циркулирующую рабочую среду за счет сжигания топлива.

Новый тип ЕС-двигателя использует водород в качестве рабочего тела (среда передачи энергии известна как рабочее тело) и заполняет четыре закрытых цилиндра через определенное количество рабочего тела. Один конец цилиндра используется как холодильная камера, а другой конец — как горячая камера.Рабочее тело сжимается в холодной камере, а затем быстро нагревается и расширяется в горячей камере. Двигатель внешнего сгорания предотвращает детонацию обычных двигателей внутреннего сгорания, что приводит к низким эксплуатационным расходам, низкому уровню загрязнения и низкому уровню шума.

В двигателях

EC могут использоваться различные горючие газы, включая жидкое топливо, дизельное топливо, газообразный водород, нефтяной газ, биогаз, природный газ и другие сжиженные углеводородные газы.

Введение во второй закон термодинамики: тепловые двигатели и их эффективность

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Сформулируйте выражения второго начала термодинамики.
  • Рассчитайте КПД и выбросы углекислого газа угольной электростанции, используя характеристики второго закона.
  • Опишите и определите цикл Отто.

Рис. 1. Эти льдины тают во время арктического лета. Некоторые из них замерзают зимой, но второй закон термодинамики предсказывает, что крайне маловероятно, что молекулы воды, содержащиеся в этих льдинах, изменят характерную форму аллигатора, которую они сформировали, когда фотография была сделана летом 2009 года. .(Источник: Патрик Келли, Береговая охрана США, Геологическая служба США)

Второй закон термодинамики касается направления, принимаемого спонтанными процессами. Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, то есть они необратимы при заданном наборе условий. Хотя необратимость наблюдается в повседневной жизни — например, разбитое стекло не возвращается в исходное состояние — полная необратимость — это статистическое утверждение, которое нельзя увидеть в течение всей жизни Вселенной.Точнее, необратимый процесс — это процесс, который зависит от пути. Если процесс может идти только в одном направлении, то обратный путь принципиально отличается, и процесс не может быть обратимым. Например, как отмечалось в предыдущем разделе, тепло включает в себя передачу энергии от более высокой температуры к более низкой. Холодный объект, соприкасающийся с горячим, никогда не становится холоднее, передавая тепло горячему объекту и делая его более горячим. Кроме того, механическая энергия, такая как кинетическая энергия, может быть полностью преобразована в тепловую за счет трения, но обратное невозможно.Горячий неподвижный объект никогда самопроизвольно не остывает и не начинает двигаться. Еще один пример — расширение потока газа, введенного в один угол вакуумной камеры. Газ расширяется и заполняет камеру, но никогда не собирается в углу. Случайное движение молекул газа могло бы вернуть их всех в угол, но этого никогда не происходит. (См. Рисунок 2.)

Рисунок 2. Примеры односторонних процессов в природе. (а) Теплообмен происходит самопроизвольно от горячего к холодному, а не от холодного к горячему.(б) Тормоза этого автомобиля преобразуют кинетическую энергию в теплоотдачу в окружающую среду. Обратный процесс невозможен. (c) Выброс газа, попадающий в эту вакуумную камеру, быстро расширяется, чтобы равномерно заполнить каждую часть камеры. Случайные движения молекул газа никогда не вернут их в угол.

Тот факт, что определенные процессы никогда не происходят, предполагает, что существует закон, запрещающий их возникновение. Первый закон термодинамики позволяет им происходить — ни один из этих процессов не нарушает закон сохранения энергии.Закон, запрещающий эти процессы, называется вторым законом термодинамики. Мы увидим, что второй закон можно сформулировать разными способами, которые могут показаться разными, но на самом деле эквивалентными. Как и все законы природы, второй закон термодинамики дает представление о природе, и несколько его утверждений подразумевают, что он широко применим, фундаментально влияя на многие очевидно несопоставимые процессы.

Уже знакомое направление теплопередачи от горячего к холодному лежит в основе нашей первой версии второго закона термодинамики

Второй закон термодинамики (первое выражение)

Теплообмен происходит самопроизвольно от тел с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении.

Другой способ сформулировать это: невозможно, чтобы какой-либо процесс имел своим единственным результатом передачу тепла от более холодного объекта к более горячему.

Тепловые двигатели

Теперь давайте рассмотрим устройство, которое для работы использует теплопередачу. Как отмечалось в предыдущем разделе, такое устройство называется тепловой машиной и схематично показано на рисунке 3b. Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины — все это тепловые двигатели, которые работают, используя часть теплопередачи от какого-либо источника.Теплоотдача от горячего объекта (или горячего резервуара) обозначается как Q h , теплопередача в холодный объект (или холодный резервуар) — Q c , а работа, выполняемая двигателем, составляет . W . Температуры горячего и холодного резервуаров составляют T h и T c соответственно.

Рис. 3. (a) Передача тепла происходит самопроизвольно от горячего объекта к холодному, что соответствует второму закону термодинамики.(б) Тепловой двигатель, представленный здесь кружком, использует часть теплопередачи для выполнения работы. Горячие и холодные предметы называются горячими и холодными резервуарами. Qh — теплоотдача из горячего резервуара, W — рабочая мощность, а Qc — теплоотдача в холодный резервуар.

Поскольку горячий резервуар нагревается снаружи, что требует больших затрат энергии, важно, чтобы работа выполнялась как можно более эффективно. Фактически, нам бы хотелось, чтобы W равнялось Q h , и чтобы не было передачи тепла в окружающую среду ( Q c = 0).К сожалению, это невозможно. Второй закон термодинамики также утверждает в отношении использования теплопередачи для выполнения работы (второе выражение второго закона):

Второй закон термодинамики (второе выражение)

Ни в одной системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать работу в циклический процесс, при котором система возвращается в исходное состояние.

Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы. Второй закон, только что сформулированный в его второй форме, четко гласит, что такие двигатели не могут иметь совершенного преобразования теплопередачи в выполненную работу. Прежде чем углубляться в основные причины ограничений на преобразование теплопередачи в работу, нам необходимо изучить взаимосвязи между W , Q h и Q c и определить эффективность циклического Тепловой двигатель.Как уже отмечалось, циклический процесс возвращает систему в исходное состояние в конце каждого цикла. Внутренняя энергия такой системы U одинакова в начале и в конце каждого цикла, то есть Δ U = 0. Первый закон термодинамики гласит, что Δ U = Q W , где Q — это чистая передача тепла в течение цикла ( Q = Q h Q c ), а W — чистая работа, выполненная системой.Поскольку Δ U = 0 для полного цикла, мы имеем 0 = Q W , так что W = Q .

Таким образом, чистая работа, выполняемая системой, равна чистой теплопередаче в систему, или W = Q h Q c (циклический процесс), как схематично показано на рисунке 3b. Проблема в том, что во всех процессах происходит передача тепла в окружающую среду Q c , причем обычно очень значительную.

При преобразовании энергии в работу мы всегда сталкиваемся с проблемой получения меньшего количества энергии, чем мы вкладываем. Мы определяем эффективность преобразования Eff как отношение полезной выходной работы к вложенной энергии (или, в другими словами, отношение того, что мы получаем, к тому, что мы тратим). В этом духе мы определяем эффективность теплового двигателя как его полезную мощность Вт , деленную на передачу тепла двигателю Q ч ; то есть

[латекс] Eff = \ frac {W} {Q _ {\ text {h}}} \\ [/ latex]

Поскольку W = Q h Q c в циклическом процессе, мы также можем выразить это как

[латекс] Eff = \ frac {Q _ {\ text {h}} — Q _ {\ text {c}}} {Q _ {\ text {h}}} = 1- \ frac {Q _ {\ text {c} }} {Q _ {\ text {h}}} \\ [/ latex] (циклический процесс),

, поясняющий, что эффективность 1, или 100%, возможна только при отсутствии передачи тепла в окружающую среду ( Q c = 0).Обратите внимание, что все Q положительны. Направление теплопередачи обозначается знаком плюс или минус. Например, Q c находится вне системы, поэтому перед ним стоит знак минус.

Пример 1. Ежедневная работа угольной электростанции, ее эффективность и выбросы углекислого газа

Угольная электростанция — это огромная тепловая машина. Он использует теплопередачу от сжигания угля для работы по включению турбин, которые используются для выработки электроэнергии.За один день большая угольная электростанция имеет 2,50 × 10 14 Дж теплопередачи от угля и 1,48 × 10 14 Дж теплопередачи в окружающую среду.

  1. Какие работы выполняет электростанция?
  2. Каков КПД электростанции?
  3. В процессе горения происходит следующая химическая реакция: C + O 2 → CO 2 . Это означает, что каждые 12 кг угля выбрасывают в атмосферу 12 кг + 16 кг + 16 кг = 44 кг углекислого газа.Если предположить, что 1 кг угля может обеспечить 2,5 × 10 6 Дж теплопередачи при сгорании, сколько CO 2 выбрасывается этой электростанцией в день?
Стратегия для части 1

Мы можем использовать W = Q h Q c , чтобы найти выходную мощность Вт , предполагая, что на электростанции используется циклический процесс. В этом процессе вода кипятится под давлением с образованием высокотемпературного пара, который используется для запуска паровых турбин-генераторов, а затем конденсируется обратно в воду, чтобы снова запустить цикл.{14} \ text {J} \ end {array} \\ [/ latex]

Стратегия для части 2

Эффективность может быть рассчитана с помощью [latex] Eff = \ frac {W} {Q _ {\ text {h}}} \\ [/ latex], поскольку дано Q h , а работа W была найдена в первая часть этого примера.

Решение для Части 2

Эффективность определяется по формуле: [latex] Eff = \ frac {W} {Q _ {\ text {h}}} \\ [/ latex]. Работа W только что была найдена равной 1,02 × 10 14 Дж, и дано Q h , поэтому эффективность равна

.

[латекс] \ begin {array} {lll} Eff & = & \ frac {1.{14} \ text {J}} \\\ text {} & = & 0.408 \ text {, или} 40.8 \% \ end {array} \\ [/ latex]

Стратегия для части 3

Суточное потребление угля рассчитывается с использованием информации о том, что каждый день имеет место 2,50 × 10 14 Дж теплопередачи от угля. В процессе горения имеем C + O 2 → CO 2 . Таким образом, каждые 12 кг угля выбрасывают в атмосферу 12 кг + 16 кг + 16 кг = 44 кг CO 2 .

Решение для части 3

Суточное потребление угля

[латекс] \ frac {2.8 \ text {кг CO} _2 \\ [/ латекс]

Это 370 000 метрических тонн CO 2 , производимых ежедневно.

Обсуждение

Если вся производимая работа преобразуется в электричество в течение одного дня, средняя выходная мощность составит 1180 МВт (это остается вам как проблема в конце главы). Это значение примерно соответствует размеру крупномасштабной традиционной электростанции. Обнаруженный КПД приемлемо близок к значению 42%, указанному для угольных электростанций. Это означает, что 59,2% энергии приходится на передачу тепла в окружающую среду, что обычно приводит к потеплению озер, рек или океана вблизи электростанции, и в целом способствует потеплению планеты.Хотя законы термодинамики ограничивают эффективность таких установок, в том числе установок, работающих на ядерном топливе, нефти и природном газе, передача тепла в окружающую среду может использоваться и иногда используется для отопления домов или промышленных процессов. В целом низкая стоимость энергии не сделала экономичным более эффективное использование отходящего тепла от большинства тепловых двигателей. Угольные электростанции производят наибольшее количество CO 2 на единицу выработанной энергии (по сравнению с природным газом или нефтью), что делает уголь наименее эффективным ископаемым топливом.

Обладая информацией, приведенной в Примере 1, мы можем найти такие характеристики, как эффективность теплового двигателя, не зная, как он работает, но более детальное изучение механизма двигателя даст нам более глубокое понимание. На рисунке 4 показана работа обычного четырехтактного бензинового двигателя. Показанные четыре этапа завершают цикл этого теплового двигателя, возвращая бензиново-воздушную смесь в исходное состояние.

Рис. 4. В четырехтактном бензиновом двигателе внутреннего сгорания передача тепла к работе происходит в циклическом процессе, показанном здесь.Поршень соединен с вращающимся коленчатым валом, который одновременно выполняет работу с газом в цилиндре. (а) Во время такта впуска воздух смешивается с топливом. (b) Во время такта сжатия топливовоздушная смесь быстро сжимается, что является почти адиабатическим процессом, поскольку поршень поднимается при закрытых клапанах. Работа сделана на газе. (c) Рабочий ход состоит из двух отдельных частей. Сначала воспламеняется топливно-воздушная смесь, почти мгновенно преобразующая химическую потенциальную энергию в тепловую, что приводит к значительному увеличению давления.Затем поршень опускается, и газ действует, передавая силу на расстоянии, что является почти адиабатическим процессом. (d) Такт выпуска вытесняет горячий газ, чтобы подготовить двигатель к следующему циклу, начиная с такта впуска.

Цикл Отто , показанный на рисунке 5a, используется в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания, хотя на самом деле истинные траектории цикла Отто не соответствуют точно тактам двигателя.

Адиабатический процесс AB соответствует почти адиабатическому такту сжатия бензинового двигателя.В обоих случаях производится работа с системой (газовой смесью в баллоне), повышая ее температуру и давление. На пути BC цикла Отто теплопередача Q h в газ происходит при постоянном объеме, вызывая дальнейшее повышение давления и температуры. Этот процесс соответствует сжиганию топлива в двигателе внутреннего сгорания и происходит так быстро, что объем почти постоянный. Путь CD в цикле Отто — это адиабатическое расширение, которое действительно работает во внешнем мире, точно так же, как рабочий такт двигателя внутреннего сгорания при его почти адиабатическом расширении.Работа, выполняемая системой по пути CD, больше, чем работа, выполняемая системой по пути AB, потому что давление больше, и, следовательно, имеется чистый выход работы. По пути DA в цикле Отто теплопередача Q c от газа при постоянном объеме снижает его температуру и давление, возвращая его в исходное состояние. В двигателе внутреннего сгорания этот процесс соответствует выхлопу горячих газов и всасыванию воздушно-бензиновой смеси при значительно более низкой температуре.В обоих случаях на этом конечном пути происходит передача тепла в окружающую среду.

Рис. 5. Диаграмма упрощенного цикла Отто, аналогичного тому, который используется в двигателе внутреннего сгорания. Точка А соответствует началу такта сжатия двигателя внутреннего сгорания. Траектории AB и CD являются адиабатическими и соответствуют тактам сжатия и мощности двигателя внутреннего сгорания соответственно. Пути BC и DA изохоричны и дают результаты, аналогичные результатам для участков зажигания и выпуска-впуска, соответственно, цикла двигателя внутреннего сгорания.Работа выполняется с газом по пути AB, но больше работы выполняется с газом по пути CD, так что имеется чистый выход работы.

Чистая работа, выполняемая циклическим процессом, — это область внутри замкнутого пути на диаграмме PV , такой как внутренний путь ABCDA на рисунке 5. Обратите внимание, что во всех мыслимых циклических процессах это абсолютно необходимо для передачи тепла от система должна возникать, чтобы получить чистый результат работы. В цикле Отто теплообмен происходит по пути DA. Если теплопередачи не происходит, то обратный путь тот же, а полезная мощность равна нулю.Чем ниже температура на пути AB, тем меньше работы требуется для сжатия газа. Тогда площадь внутри замкнутого пути больше, поэтому двигатель выполняет больше работы и, следовательно, более эффективен. Точно так же, чем выше температура на пути CD, тем больше выходная мощность. (См. Рис. 6.) Таким образом, эффективность зависит от температуры горячего и холодного резервуаров. В следующем разделе мы увидим, каков абсолютный предел эффективности теплового двигателя и как он связан с температурой.

Рис. 6. Этот цикл Отто дает больший объем работы, чем цикл на рис. 5, потому что начальная температура пути CD выше, а начальная температура пути AB ниже. Площадь внутри петли больше, что соответствует большему выходу чистой работы.

Сводка раздела

  • Два выражения второго начала термодинамики: (i) передача тепла происходит самопроизвольно от тел с более высокой к более низкой температуре, но никогда самопроизвольно в обратном направлении; и (ii) ни в какой системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать для работы в циклическом процессе, в котором система возвращается в свое исходное состояние.
  • Необратимые процессы зависят от пути и не возвращаются в исходное состояние. Циклические процессы — это процессы, которые возвращаются в исходное состояние в конце каждого цикла.
  • В циклическом процессе, таком как тепловой двигатель, чистая работа, выполненная системой, равна чистой теплопередаче в систему, или W = Q h Q c , где Q h — передача тепла от горячего объекта (горячий резервуар), а Q c — передача тепла в холодный объект (холодный резервуар).
  • Эффективность может быть выражена как [латекс] Eff = \ frac {W} {{Q} _ {\ text {h}}} \\ [/ latex], отношение выходной мощности к количеству вложенной энергии.
  • Четырехтактный бензиновый двигатель часто объясняют с помощью цикла Отто, который представляет собой повторяющуюся последовательность процессов, преобразующих тепло в работу.

Концептуальные вопросы

  1. Представьте, что вы едете на машине по Пайкс-Пик в Колорадо. Чтобы поднять автомобиль весом 1000 килограммов на расстояние 100 метров, потребуется около миллиона джоулей.Вы можете поднять автомобиль на 12,5 километров с помощью энергии в галлоне газа. Подъем на пик Пайк (всего 3000 метров) требует чуть меньше литра бензина. Но следует учитывать и другие соображения. Объясните с точки зрения эффективности, какие факторы могут помешать вам реализовать идеальное потребление энергии в этой поездке.
  2. Необходима ли разница температур для работы теплового двигателя? Укажите, почему или почему нет.
  3. Определения эффективности различаются в зависимости от того, как преобразовывается энергия.Сравните определения эффективности человеческого тела и тепловых двигателей. Как определение эффективности в каждом из них связано с типом энергии, которая преобразуется для выполнения работы?
  4. Почему — помимо того факта, что второй закон термодинамики гласит, что реверсивные двигатели являются наиболее эффективными — тепловые двигатели, использующие обратимые процессы, должны быть более эффективными, чем те, которые используют необратимые процессы? Учтите, что диссипативные механизмы — одна из причин необратимости.

Задачи и упражнения

  1. Некий тепловой двигатель делает 10.0 кДж работы и 8,50 кДж теплопередачи происходит в окружающую среду в циклическом процессе. а) Каков был теплообмен в этом двигателе? б) Каков был КПД двигателя?
  2. При 2,56 × 10 6 Дж теплопередачи в этот двигатель данный циклический тепловой двигатель может выполнять только 1,50 × 10 5 Дж работы. а) Каков КПД двигателя? (б) Какая степень теплопередачи в окружающую среду имеет место?
  3. (a) Какова производительность циклического теплового двигателя, имеющего 22.КПД 0% и передача тепла в двигатель 6,00 × 10 9 Дж? б) Сколько тепла передается в окружающую среду?
  4. (a) Каков КПД циклического теплового двигателя, в котором 75,0 кДж теплопередачи происходит в окружающую среду на каждые 95,0 кДж теплопередачи в двигатель? (б) Сколько работы он производит для передачи тепла в двигатель 100 кДж?
  5. Двигатель большого корабля выполняет 2,00 × 10 8 Дж работы с КПД 5,00%. а) Сколько тепла передается в окружающую среду? (b) Сколько баррелей топлива израсходовано, если из каждого барреля получается 6.00 × 10 9 Дж теплопередачи при сгорании?
  6. (a) Сколько тепла передается в окружающую среду электростанцией, которая использует 1,25 × 10 14 Дж для передачи тепла в двигатель с КПД 42,0%? (б) Каково отношение теплопередачи к окружающей среде к производительности труда? (c) Сколько работы сделано?
  7. Предположим, что турбины на угольной электростанции были модернизированы, что привело к повышению эффективности на 3,32%. Предположим, что до модернизации электростанция имела КПД 36% и что передача тепла в двигатель за один день осталась прежней на уровне 2.50 × 1014 Дж. (а) Насколько больше электроэнергии вырабатывается в результате модернизации? (б) Насколько меньше теплопередачи в окружающую среду в результате модернизации?
  8. Эта задача сравнивает выработку энергии и передачу тепла в окружающую среду двумя разными типами атомных электростанций — одна с нормальным КПД 34,0%, а другая с улучшенным КПД 40,0%. Предположим, что оба имеют одинаковую теплопередачу в двигатель за один день, 2,50 × 10 14 Дж. (А) Насколько больше электроэнергии вырабатывает более эффективная электростанция? (б) Насколько меньше теплоотдача в окружающую среду происходит от более эффективной электростанции? (Один из типов более эффективных атомных электростанций, реактор с газовым охлаждением, был недостаточно надежен, чтобы быть экономически целесообразным, несмотря на его большую эффективность.)

Глоссарий

необратимый процесс: любой процесс, зависящий от направления пути

второй закон термодинамики: теплопередача течет от более горячего к более холодному объекту, а не наоборот, и некоторая тепловая энергия в любом процессе теряется для доступной работы в циклическом процессе

циклический процесс: процесс, в котором путь возвращается в исходное состояние в конце каждого цикла

Цикл Отто: термодинамический цикл, состоящий из пары адиабатических процессов и пары изохорных процессов, который преобразует тепло в работу, т.е.г., цикл впуска, сжатия, зажигания и выпуска четырехтактного двигателя

Избранные решения проблем и упражнения

1. (а) 18,5 кДж; (б) 54,1%

3. (а) 1.32 × 10 9 Дж; (б) 4.68 × 10 9 Дж

5. (а) 3.80 × 10 9 Дж; (б) 0,667 баррелей

7. (а) 8,30 × 10 12 Дж, что составляет 3,32% от 2,50 × 10 14 Дж; (б) –8,30 × 10 12 Дж, где отрицательный знак указывает на снижение теплопередачи в окружающую среду.

какие три процесса происходят в каждой тепловой машине?

Какие три процесса происходят в каждом тепловом двигателе?

Каждый тепловой двигатель будет (1) увеличивать свою внутреннюю энергию за счет поглощения тепла из резервуара с более высокой температурой, (2) преобразовывать часть этой энергии в механическую работу, а (3) выводить оставшуюся энергию в виде тепла в более низкую -температурный резервуар .

Какие процессы происходят в каждой тепловой машине?

Как второй закон термодинамики соотносится с направлением теплового потока? Тепло переходит от горячего к холодному.Какие три процесса происходят в каждой тепловой машине? Когда добавляется тепло, энергия перетекает из горячего в холодное и когда работа выполняется.

Какие из следующих процессов могут составлять полный цикл в тепловой машине?

Процессы теплового двигателя

Это; сжатие, добавление тепла, расширение и отвод тепла , и каждый из этих процессов может осуществляться при одном или нескольких из следующих условий: Изотермический — при постоянной температуре, поддерживаемой за счет добавления или отвода тепла от источника или поглотителя тепла.

Какой тип теплового двигателя самый распространенный?

Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так потому, что топливо воспламеняется для выполнения работы внутри двигателя. Затем такая же топливно-воздушная смесь выбрасывается в качестве выхлопных газов.Sep 27, 2021

Какова функция теплового двигателя?

Тепловой двигатель выполняет функцию преобразования тепловой энергии в полезную механическую работу .Сделать это можно, взяв рабочее вещество. Сначала его нагревают до высокой температуры, а на следующем этапе охлаждают. Таким образом, мы можем получить пользу от теплового двигателя.

Сколько существует типов тепловых двигателей?

два типа тепловых двигателей — это двигатели внутреннего сгорания и двигатели внешнего сгорания. Прежде чем мы рассмотрим классификацию тепловых двигателей, давайте разберемся, что такое тепловая машина.

Это изотермический процесс?

В термодинамике изотермический процесс — это тип термодинамического процесса, в котором температура системы остается постоянной: ΔT = 0 .… Напротив, адиабатический процесс — это когда система не обменивается теплом с окружающей средой (Q = 0).

Каковы четыре процесса в четырехтактном двигателе?

Двигатель внутреннего сгорания имеет четыре такта: впуск, сжатие, сгорание (мощность) и выпуск .

Какие четыре процесса составляют идеальный цикл Отто?

Четырехтактный цикл Отто состоит из следующих четырех внутренне обратимых процессов: 1-2, изоэнтропическое сжатие; 2–3, добавление тепла с постоянным объемом; 3–4 — изоэнтропическое расширение; и 4–1, отвод тепла с постоянным объемом .

Как передается тепло в двигателе автомобиля?

Сохраняйте свою машину в прохладе

По мере того, как ваш автомобиль нагревается, двигатель необходимо охлаждать. Тепло передается по теплопроводности от блока цилиндров к антифризу, который проходит через каналы вокруг стенок цилиндров. Проводимость — это процесс передачи тепла на молекулярном уровне.

Какие примеры тепловых машин?

Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины, вырабатывающие электричество. — все это примеры тепловых двигателей.

Какие части теплового двигателя?

Устройство, преобразующее тепло в работу во время работы в цикле, называется тепловой машиной. Для циклической работы такого двигателя необходимы следующие компоненты: подогреватель , рабочий орган и охладитель (холодильник) .

Турбина — это тепловой двигатель?

Тепловые двигатели

Одно из конкретных применений этих газовых турбин — в реактивных двигателях. В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива.Когда эта смесь воспламеняется, она быстро расширяется. Расширяющийся воздух проталкивается в турбину, заставляя ее вращаться.

Каков основной принцип теплового двигателя?

Рабочее вещество получает тепло от высокотемпературного источника, и часть этого тепла преобразуется в работу, а остальное количество тепла сохраняется в радиаторе при низкой температуре . Это принцип работы теплового двигателя.

Что лучше всего описывает тепловую машину?

Правильный ответ — С.Тепловой двигатель использует подводимое тепло для выполнения работы и отводит избыточное тепло в резервуар с более низкой температурой.

Каков КПД теплового двигателя в начале процесса?

КПД теплового двигателя

После каждого цикла двигатель возвращается в исходное состояние, так что это не влияет на его внутреннюю энергию. поэтому здесь КПД будет 100% , но на самом деле это невозможно, потому что в системе будут некоторые потери энергии.

Какие типы двигателей?

Типы двигателей и принцип их работы

  • Тепловые двигатели. Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания) Двигатели внешнего сгорания (двигатели ЕС) Двигатели реакции.
  • Электродвигатели.
  • Физические двигатели.

Почему тепловые двигатели полезны в повседневной жизни?

Ниже приведены несколько примеров тепловых двигателей, которые мы используем в повседневной жизни. Паровой двигатель — это тепловая машина, которая использует пар в качестве рабочего тела для выполнения работы.Паровые двигатели используются для питания ряда транспортных средств . … Эти типы двигателей используются в более крупных транспортных средствах, таких как грузовики и автобусы.

Что такое тепловые двигатели и их классификации?

Тепловые двигатели

можно в целом разделить на двигатели внутреннего сгорания и двигатели внешнего сгорания . Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, в которых топливо сжигается внутри цилиндра. Двигатели внешнего сгорания — это двигатели, в которых топливо сжигается вне цилиндра и с помощью рабочей жидкости подается в цилиндр.

Что такое изотермические и адиабатические процессы?

Слово «изотермический» означает постоянную температуру. Изотермический процесс — это процесс, происходящий при постоянной температуре. … Адиабатический процесс означает процесс, который не позволяет теплу проходить внутрь или выводить тепло из системы .

Какой пример адиабатического процесса?

Пример адиабатического процесса: вертикальный поток воздуха в атмосфере; воздух расширяется и охлаждается при подъеме и сжимается и становится теплее при опускании .Другой пример — когда межзвездное газовое облако расширяется или сжимается. Адиабатические изменения обычно сопровождаются изменениями температуры.

Какие из следующих процессов происходят в изотермическом процессе?

Процессы кипения и конденсации происходят при постоянной температуре и сопровождаются сменой фаз рабочего тела. Медленные процессы расширения и сжатия в равновесии с постоянной температурой окружающей среды будут изотермическими.

Каковы этапы цикла четырехтактного двигателя?

Четырехтактный двигатель работает с 4 основными шагами для успешного вращения коленчатого вала: впуск, сжатие, мощность и ход выпуска .

Является ли 4-тактный двигатель 4-тактным двигателем?

Четырехтактный (также четырехтактный) двигатель — это двигатель внутреннего сгорания (IC), в котором поршень совершает четыре отдельных хода, поворачивая коленчатый вал . Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру в любом направлении. … Возгорание: также называется силой или зажиганием.

Есть ли случаи теплообмена в четырехтактном двигателе?

В четырехтактном бензиновом двигателе внутреннего сгорания передача тепла в работу происходит в циклическом процессе, показанном здесь .Поршень соединен с вращающимся коленчатым валом, который одновременно выполняет работу с газом в цилиндре.

Какие четыре процесса составляют простой идеальный цикл Ренкина, проверьте все подходящие варианты?

Четыре процесса: изоэнтропическое сжатие , изобарический нагрев, изоэнтропическое расширение и изобарическое охлаждение .

Как добавляется тепло в цикле Отто?

При сгорании топлива добавляется тепла в процессе постоянного объема (изохорный процесс), за которым следует такт мощности процесса адиабатического расширения (C).Цикл замыкается тактом выпуска (D), характеризующимся изохорическим охлаждением и изобарическими процессами сжатия.

Анализируются ли процессы, составляющие цикл Отто, как замкнутые системы или процессы с установившимся потоком. Почему?

Они анализируются как процессы закрытой системы , потому что никакая масса не пересекает границы системы во время любого из процессов .

Какие процессы теплопередачи задействованы в работе радиатора автомобиля?

Передача тепла от радиатора происходит с помощью всех обычных механизмов: тепловое излучение , конвекция в поток воздуха или жидкости и теплопроводность в воздух или жидкость.

Сколько тепла производит автомобильный двигатель?

Для большинства автомобилей нормальная рабочая температура двигателя находится в диапазоне от 195 до 220 градусов по Фаренгейту , хотя большинство датчиков температуры приборной панели не показывают точную температуру. Вместо этого обычно есть маркировка холодного и горячего воздуха по краям шкалы и нормального диапазона посередине.

Насколько горячо сгорание в двигателе?

Температура в камере сгорания двигателя может достигать 4500 F (2500 C) , поэтому охлаждение области вокруг цилиндров имеет решающее значение.Области вокруг выпускных клапанов особенно важны, и почти все пространство внутри головки цилиндров вокруг клапанов, которое не требуется для конструкции, заполнено охлаждающей жидкостью.

Какие 3 системы главного двигателя?

Системы главного двигателя

  • Система смазочного масла. …
  • Масляная система главного подшипника. …
  • Масляная система подшипника крейцкопфа. …
  • Система смазки цилиндров. …
  • Система охлаждающей воды.…
  • Описание системы охлаждающей воды. …
  • Топливная масляная система. …
  • Циркуляционная система.

Какая тепловая машина самая эффективная?

цикл Карно
Наиболее эффективным циклом тепловой машины является цикл Карно, состоящий из двух изотермических процессов и двух адиабатических процессов. Цикл Карно можно рассматривать как наиболее эффективный цикл тепловой машины, допускаемый законами физики.

Какие бытовые примеры первого и второго законов термодинамики?

Какие бытовые примеры первого и второго законов термодинамики?

Вернуться к верхней кнопке

Тепловые двигатели

Тепловые двигатели

Тепловые двигатели

Чтобы преобразовать тепло в работу, нужно как минимум два места с разными температурами.Если взять Q high at температура T высокая вы должны сбросить не менее Q низкая при температура T низкая . Объем работы, которую вы получаете тепловой двигатель W = Q высокий — Q низкий . Максимальный объем работы, которую вы можете получить тепловая машина — это сумма, которую вы получаете из реверсивного двигателя.

W макс = (Q высокий — Q низкий ) двусторонний = Q высокий — Q высокий T низкий / T высокий = Q высокий (1 — T низкий / T высокий ).

W положительно, если T high больше, чем T low .

КПД тепловой машины — отношение полученной работы к вложенной тепловой энергии при высоком температура, e = W / Q высокая . Максимально возможное КПД е макс такого двигателя

e макс = W макс / Q высокий = (1 — T низкий / T высокий ) = (T высокий — T низкий ) / T высокий .


Двигатели паровые

Паровая машина — это разновидность тепловой машины. Отнимает тепло от горячий пар преобразует часть этого тепла в полезную работу и сбрасывает отдыхать в более холодном окружающем воздухе. Максимальная доля тепла которые можно превратить в работу, можно найти, используя законы термодинамика, и она увеличивается с разницей температур между горячий пар и окружающий воздух. Чем горячее пар и чем холоднее воздух, тем эффективнее паровой двигатель перерабатывает тепло в работу.

В типичном паровом двигателе поршень движется вперед и назад внутри цилиндр. В котле вырабатывается горячий пар высокого давления, и этот пар поступает в цилиндр через клапан. Оказавшись внутри цилиндр, пар выталкивается наружу на всех поверхностях, включая поршень. Поршень движется. Пар выполняет механическую работу на поршень и поршень выполняют механическую работу с прикрепленным оборудованием к нему. Расширяющийся пар передает часть своей тепловой энергии на это оборудование, поэтому пар становится холоднее во время работы оборудования.

Когда поршень достигает конца своего диапазона, клапан останавливает поток пара и открывает цилиндр для наружного воздуха. В поршень может легко вернуться в исходное положение. Во многих случаях пар может введите другой конец цилиндра, чтобы пар толкал поршень обратно в исходное положение. Как только поршень вернется в исходное положение начальная точка, клапан снова пропускает пар высокого давления в цилиндр и весь цикл повторяется.В целом тепло течет от горячего котла к более прохладному окружающему воздуху и некоторой части этого тепла превращается в механическую работу движущимся поршнем. В максимальный КПД паровой машины e max = (T пар. — Т воздух ) / Т пар . Фактическая эффективность обычно намного ниже.

Ссылка: Паровоз (Youtube)

Проблема:

Какой максимум возможный КПД паровой машины, забирающей тепло при 100 o C и сбросив его при комнатной температуре примерно 20 o ° C?

Решение:

  • Рассуждение:
    Максимальный КПД любого теплового двигателя — это двигатель Карно.e макс = (T высокий — T низкий ) / T высокий .
  • Детали расчета:
    100 o C = 373 K и 20 o C = 293 К. максимально возможный КПД
    (T высокий — T низкий ) / T высокий = (373 — 293) / 373 = 0,21 = 21%.

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания сжигает смесь топлива и воздуха. Самый распространенный тип — четырехтактный двигатель. Поршень скользит внутрь и из цилиндра. Два или более клапана позволяют подавать топливо и воздух поступает в цилиндр и газы, которые образуются, когда топливо и воздух сжечь, чтобы покинуть цилиндр. Когда поршень скользит вперед и назад внутри цилиндра объем, который могут занимать газы, изменяется кардинально.

Процесс преобразования тепла в работу начинается, когда поршень вытащили из цилиндра, расширив замкнутое пространство и позволив топливо и воздух поступают в это пространство через клапан.Это движение называется тактом впуска или ходом впуска . Далее топливо и воздушная смесь сжимается, вдавливая поршень в цилиндр. Это называется сжатием . Инсульт . В конце такта сжатия с топливо и воздушная смесь сжимаются максимально плотно, свеча зажигания на запечатанном конце цилиндра загорается и воспламеняется смесь. Горючее горючее оказывает огромное давление и толкает поршень. из цилиндра.Этот рабочий ход обеспечивает мощность двигателя и связанного с ним оборудования. Наконец, сгоревший газ выдавливается из баллона через другой клапан в выпускном такте . Эти четыре удара повторяются снова и снова. Самый внутренний двигатели внутреннего сгорания имеют не менее четырех цилиндров и поршней. Там всегда по крайней мере один цилиндр проходит рабочий такт, и он может нести другие цилиндры посредством несиловых ходов.В максимальный КПД такого двигателя составляет е макс = (Т зажигание — Т воздух ) / Т зажигание где Т зажигание — температура топливовоздушной смеси после воспламенения. К максимизируйте эффективность использования топлива, вы должны создать как можно более горячий топливно-воздушная смесь после зажигания. Наивысшая эффективность, имеющая Достигнуто примерно 50% от e max .

Ссылка: интегральное сгорание двигатель (Youtube)

Проблема:

Тепловой двигатель поглощает 360 Дж тепловой энергии и выполняет 25 Дж работы в каждый цикл.Найти
(а) КПД двигателя и
(б) тепловая энергия, выделяемая в каждом цикле.

Решение:

  • Рассуждение:
    Объем работы, который вы получаете от теплового двигателя, составляет W = Q высокий — Q низкий .
    КПД e = W / Q высокий .
  • Детали расчета:
    Q высокий = 360 Дж. W = 25 Дж. Q низкий = Q высокий — W = 335 Дж.
    (а) КПД e = W / Q high = 6,9%.
    (b) Выбрасываемая тепловая энергия Q low = 335 Дж.

Тепловой двигатель — Как обсуждать

Тепловой двигатель

Что такое идеальный тепловой двигатель? Идеальный тепловой двигатель — это воображаемый двигатель, в котором энергия, извлеченная в виде тепла из высокотемпературного резервуара, полностью превращается в работу. Но согласно заявлению Кельвина Планка, такой двигатель нарушил бы второй закон термодинамики, потому что в процессе преобразования должны быть потери.

Каков максимальный КПД теплового двигателя?

Максимальный теоретический КПД теплового двигателя (которого никогда не сможет достичь ни один двигатель) — это разница температур между теплым концом и холодным концом, деленная на температуру теплого конца, всегда выраженная в абсолютной температуре (Кельвина).

Какие бывают типы тепловых двигателей?

Есть два основных типа тепловых двигателей: внешнего сгорания и внутреннего сгорания. В двигателе внешнего сгорания топливо сжигается вне и вне основного корпуса двигателя, где вырабатываются мощность и движущая сила.Хороший пример — паровая машина: на одном конце есть угольный огонь, который нагревает воду для образования пара.

Какова формула эффективности теплового двигателя?

КПД теплового двигателя определяется как КПД, деленный на погонную энергию. Цикл Карно является наиболее эффективным из возможных для теплового двигателя. Эффективность уравнения теплового двигателя (цикл Карно): максимальная эффективность = 1 T c / T. где: T c = температура холодного бака в Кельвинах.

Какой тип теплового двигателя самый эффективный?

Представление об эффективности цикла мотоцикла может быть получено путем сравнения фотоэлектрической диаграммы с циклом Карно, наиболее эффективным типом теплового двигателя.Пояснение к фотоэлектрической диаграмме: жидкость изотермически превращается из жидкой фазы в паровую фазу, когда источник находится при высокой температуре.

Как определяется КПД теплового двигателя?

Тепловые двигатели преобразуют внутреннюю энергию в механическую. Работу реверсивного теплового двигателя можно описать фотоэлектрической схемой. Эффективность реверсивного теплового двигателя зависит от температур, между которыми он работает.

Как тепло используется в тепловом двигателе?

Температурный цикл двигателя.Тепловой двигатель обычно использует энергию, предоставленную в виде тепла, для выполнения работы, а затем отбрасывает тепло, которое не может быть использовано для выполнения работы. Термодинамика — это исследование взаимосвязи между теплом и работой.

Зачем вам нужна фотоэлектрическая диаграмма для теплового двигателя?

Фотоэлектрические схемы. Поскольку работа выполняется только при изменении объема газа, диаграмма дает визуальную интерпретацию проделанной работы.

Что такое идеальный газовый тепловой двигатель

Идеальный газовый котел работает по циклу Карно при температурах от 227 ° C до 127 ° C.При более высокой температуре поглощает 6 ккал. Количество тепла, преобразованного в работу (в ккал), составляет 10 000 рупий из приложения NEET & JEE. Это совершенно БЕСПЛАТНО и доступно только пользователям.

Каков КПД теплового двигателя?

Qh = Qc + W Эффективность тепловой машины описывает, насколько эффективно она превращает тепло в работу. Принцип Сади Карно Карно: необратимый тепловой двигатель, работающий между двумя тепловыми аккумуляторами при постоянных температурах, не может иметь более высокий КПД, чем обратимый тепловой двигатель, работающий между двумя равными температурами.

Можно ли сделать тепловую машину?

Холодильник — это двигатель обратного нагрева. Невозможно создать тепловой двигатель, единственный эффект которого состоит в том, чтобы забирать тепло из области высоких температур и преобразовывать все это тепло в работу. Другими словами, невозможно сконструировать тепловую машину, которая не отдает тепло в окружающую среду.

Что более эффективно: тепловой двигатель или цикл Карно?

Поскольку это статистически маловероятно согласно второму закону термодинамики в точке исключения, эффективность Карно является теоретическим верхним пределом надежной эффективности термодинамического цикла.Эмпирически доказано, что никакой тепловой двигатель не работает эффективнее теплового двигателя с циклом Карно.

Что такое идеальное давление теплового двигателя

= 1 (Q 2 / Q 1), т.е. КПД двигателя внутреннего сгорания. Если Q 2 = 0, то КПД = 100%. Это известно как двигатель Карно. Это идеальный случай, когда доходность составляет 100%.

Какова нормальная температура двигателя для автомобильного двигателя?

Около 180 градусов по Фаренгейту для большинства старых бензиновых двигателей.Некоторые могут быть немного теплее, примерно до 190 градусов по Фаренгейту. Новые двигатели нагреваются. От 190 до 220 градусов по Фаренгейту. Дизельный двигатель в вашем Mercedes Sprinter работает с температурой около 250 градусов, поэтому они хотят, чтобы вы его остановили; обычно температура составляет 205–220 градусов.

Куда уходит излишек тепла в тепловом двигателе?

Избыточное тепло передается в раковину, где температура остается постоянной на уровне бака и раковины. И двигатели внутреннего сгорания, и автомобильные двигатели работали циклично.Он добавляет энергию в виде тепла в одной части цикла и использует эту энергию для выполнения полезной работы в другой части цикла.

Какой должна быть температура радиатора?

При температуре около 90-95 градусов Цельсия охлаждающий вентилятор начинает вращаться и обеспечивает дополнительное охлаждение. Как уже упоминалось, «нормальные» температуры зависят от автомобиля и типа используемого топлива.

Что такое идеальный КПД теплового двигателя

КПД идеального теплового двигателя КПД теплового двигателя определяется как: КПД (η) = / Q 1 и равен / T 1 для цикла Карно.

Почему у тепловых двигателей низкий КПД?

Есть три причины такой неэффективности. Существует глобальный теоретический предел эффективности любого теплового двигателя в зависимости от температуры, так называемый КПД Карно. Во-вторых, некоторые типы двигателей имеют более низкие пределы эффективности из-за присущей им необратимости цикла двигателя, который они используют.

Какой двигатель имеет самую высокую топливную экономичность?

Дизельные двигатели обычно имеют меньший расход топлива, чем бензиновые.Дизельные двигатели легковых автомобилей энергоэффективны до 41%, но чаще 30%, а двигатели Отто до 20%, но чаще. Это одна из причин, по которой дизельные двигатели более экономичны, чем сопоставимые автомобили с бензиновым двигателем.

Как они могут повысить эффективность двигателей?

5 модификаций двигателя для увеличения производительности и снижения веса. Легкие движутся быстрее, чем более тяжелые, это настолько просто, насколько позволяет физика. Силовые чипы. Бортовые компьютеры современных автомобилей регулируют, в том числе, соотношение топлива и воздуха.Комплект для забора холодного воздуха. Воздушный фильтр.

Существует ли идеальный тепловой двигатель?

Ни один настоящий двигатель внутреннего сгорания не может предложить такой же КПД, как двигатель Карно; фактическая эффективность около этого максимума обычно является наилучшей из возможных. Но идеальный двигатель Карно, как и пьяная птичка выше, — увлекательная новинка, но ему не хватает мощности.

Что является рабочим телом теплового двигателя?

Рабочей жидкостью может быть любая система с ненулевой теплоемкостью, но обычно это газ или жидкость.В этом случае часть тепла обычно теряется в окружающую среду и не превращается в работу. Кроме того, некоторая часть энергии не может быть использована из-за трения и сопротивления.

Какова идеальная температура теплового двигателя

Идеальный газовый тепловой двигатель работает при температуре от 227 ° C до 127 ° C, поглощает 6 x 104 калорий при максимальной температуре, количество тепла, преобразованного в работу, такое же.

Какой должна быть температура двигателя в автомобиле?

Для большинства автомобилей нормальная рабочая температура двигателя составляет от 195 до 220 градусов по Фаренгейту, хотя большинство датчиков температуры приборной панели не дают точной температуры.

Каков КПД теплового двигателя Карно?

Двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД двигателя внутреннего сгорания, работающего между этими двумя температурами. Кроме того, все двигатели, использующие только реверсивные процессы, имеют одинаковую максимальную эффективность при работе между одинаковыми заданными температурами.

Как рассчитывается КПД Карно теплового двигателя?

КПД Карно можно рассчитать, если известны только температуры горячей и холодной частей, между которыми работает данный двигатель внутреннего сгорания.Это означает, что у вас никогда не будет теплового двигателя, который не отдает хоть немного тепла холодной части. Рисунок 3: Пример зависимости теплового КПД Карно или Стирлинга от температуры горячей секции.

Каков идеальный тепловой КПД двигателя Стирлинга?

Уравнение 4: Идеальный тепловой КПД Стирлинга равен КПД Карно. охлаждается.

Как работает тепловая машина в термодинамике?

Книга: Термодинамика. В термодинамике и технике тепловой двигатель — это система, которая преобразует тепловую или тепловую энергию и химическую энергию в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы.Это достигается путем изменения активного ингредиента с более высокой температуры состояния на более низкую температуру состояния.

Какой пример теплового двигателя?

Обычно двигатели внутреннего сгорания классифицируются по месту сгорания как: Двигатель внешнего сгорания. Например, паровые двигатели — это двигатели внешнего сгорания, в которых рабочая жидкость отделена от продуктов сгорания. Двигатель внутреннего сгорания.

Каков тепловой КПД двигателя?

В случае теплового двигателя термический КПД — это доля энергии, поставляемой за счет тепла (первичная энергия), которая преобразуется в чистую рабочую эффективность (вторичная энергия).В случае цикла теплового или холодного насоса термический КПД — это соотношение между чистым производством тепла для обогрева или выхлопом для охлаждения и потребляемой энергией (КПД).

Что такое тепловой двигатель?

Тепловой двигатель. Тепловой двигатель — это первая ступень модулей теплового двигателя в автомобилях Стива. Он менее эффективен с лавой, чем усовершенствованный тепловой двигатель, но не требует охлаждающей жидкости (воды). Для доставки лавы машине нужен танковый модуль.

Что такое цикл теплового двигателя?

Тепловой двигатель — это устройство, используемое для преобразования тепловой энергии или тепла в механическую работу.Это происходит, когда тепло от горячего источника проходит через двигатель к холодному радиатору. Источником холода является низкотемпературная часть термодинамического цикла, такая как цикл Ренкина или установка конденсации пара.

Какова максимальная эффективность теплового двигателя? Формула

Согласно второму закону максимальная отдача всегда ниже. Разделение обеих частей приведенного выше уравнения на Q h дает выражение для максимальной эффективности теплового двигателя: W / Q h = 1 Q c / Q h.можно связать эффективность с теплотой двигателя T h и теплотой выхлопной трубы T c. По мере увеличения энтропии (Q / T).

Какова формула теплового КПД?

Термический КПД выражает долю тепла, которое преобразуется в полезную работу. Тепловой КПД обозначается символом и может быть рассчитан по формуле: η = W Q H.

Какой тепловой КПД котла?

Тепловой КПД. Тепловой КПД котла указывает на КПД теплообменника котла, который фактически передает тепловую энергию со стороны камеры сгорания на сторону воды.

Максимальная эффективность дзюдо

Две великие идеи дзюдо — максимальная эффективность, взаимное благополучие и уважение. Первый относится к концепции максимального использования разума и тела. В культуре дзюдо идея дзюдо считается основой максимальной эффективности.

Какой принцип дзюдо самый эффективный?

В дзюдо это принцип, на котором ■■■■■■ основывается защита и который также направляет процесс обучения.Проще говоря, можно сказать, что наиболее эффективное использование тела и разума — это наиболее эффективное использование энергии. В целом их можно охарактеризовать как максимальную эффективность.

Как я могу улучшить свои навыки дзюдо?

Их миссия — улучшить ваши навыки дзюдо, независимо от того, являетесь ли вы новичком или конкурентоспособным игроком, с помощью их семинаров и структурированного видеоконтента, которые помогут вам вывести ваше дзюдо на новый уровень. Посредством своих семинаров и мастер-классов они обеспечивают глубокое обучение для игроков всех уровней.

Как искусство дзюдо превратилось в будо?

С этого момента эти искусства начали развиваться в будо, от системы техник уничтожения врагов к более философским занятиям, практиковавшимся больше как интроспективное средство самосовершенствования, как физического, так и умственного.

Что означает «сэйрёку-дзэнё» в дзюдо?

Что такое SeiryokuZenyo? SeiryokuZenyo (энергоэффективность) применяется ко всем видам деятельности и предполагает полное использование духовной и физической энергии для достижения намеченной цели.SeiryokuZenyo — это наиболее эффективное приложение силы разума и тела.

Каков КПД реверсивного теплового двигателя?

Эффективность реверсивного теплового двигателя, работающего между двумя тепловыми аккумуляторами, никогда не будет зависеть от типа, типа или количества рабочего тела, а только от температуры двух тепловых аккумуляторов.

Уравнение максимальной эффективности

Какова формула максимальной эффективности? Температура горячего и холодного баков составляет 300 C и C соответственно.В градусах Кельвина T h = 573 K и T c = 300 K, поэтому максимальная эффективность равна EffC = 1 — TcTh E f f C = 1 — T c Th.

По какой формуле рассчитывается КПД?

Эффективность — это работа, выполненная процессом, разделенная на работу, выполненную тем же процессом, и выраженная в процентах. Общая формула для расчета эффективности: (выходная работа / входная работа) X 100.

Как рассчитать коэффициент полезного действия?

Эффективность измеряется путем деления фактической производительности труда на стандартную производительность и умножения результата на 100 процентов.

Какова формула эффективности в физике?

Основная формула — это соотношение мощности к мощности: КПД = (мощность / мощность) × 100. Энергетическая эффективность энергопотребляющей машины рассчитывается из чистой энергии, произведенной машиной, по отношению к потребляемой энергии.

Какова формула эффективности машины?

Формула эффективности — это мера эффективности процессов и машин. Основная формула — это соотношение выход / вход, выраженное в процентах: эффективность = (выход / вход) × 100.

Как максимальная эффективность теплового двигателя определяется как

Максимальный теоретический КПД теплового двигателя (которого никогда не сможет достичь ни один двигатель) — это разница температур между теплым концом и холодным концом, деленная на температуру на теплый конец, всегда выражается в абсолютной температуре (Кельвина). Эффективность различных тепловых двигателей, предлагаемых или используемых сегодня, очень велика:

Формула максимальной эффективности

Максимальная эффективность относится к максимальному уровню производительности, достигаемому наибольшим количеством выходов с наименьшим количеством входов, и представляется как η: max = (1/2) * (1 + cos (ϑ) ) или maximum_efficiency = (1/2) * (1 + cos (theta)).Тета — это угол, который можно определить как форму, образованную двумя лучами, встречающимися в общей конечной точке.

Какова максимальная эффективность теплового двигателя с использованием графика?

Это максимально достижимый КПД теплового двигателя, полученный физиком Сади Карно. По законам термодинамики это приводит к уравнению TH: температура теплового аккумулятора. Это описывает эффективность идеализированного двигателя, которая не может быть достигнута в реальности.

Как рассчитать КПД двигателя?

Если 200 Джоулей тепловой энергии вводится в виде тепла (Q H) и двигатель выполняет работу 80 Дж (Вт), то КПД составляет 80 Дж / 200 Дж или 40%.Такого же результата можно добиться, измерив остаточное тепло двигателя.

Можно ли добиться 100% теплового КПД?

Тепловой КПД. Тепловые двигатели часто работают с КПД около 30-50% из-за практических ограничений. В случае тепловых двигателей, согласно второму закону термодинамики, невозможно достичь 100% теплового КПД. Это невозможно, потому что часть остаточного тепла всегда генерируется в тепловом двигателе, что обозначено термином на рисунке 1.

Какое уравнение для теплового КПД является правильным?

Термический КПД выражает долю тепла, которое преобразуется в полезную работу. Тепловой КПД обозначается символом η и может быть рассчитан по следующему уравнению: η = W Q H. Где: W — полезная работа, и. Q H — полная тепловая энергия, поступающая от горячего источника.

Что такое тепловой двигатель в термодинамике?

В термодинамике и технике тепловой двигатель — это система, которая преобразует тепловую или тепловую энергию и химическую энергию в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы.Это достигается путем изменения активного ингредиента с более высокой температуры состояния на более низкую температуру состояния.

Что такое блочный обогреватель?

Обогреватель блока цилиндров — это устройство, используемое в транспортных средствах для защиты двигателя от холода.

Какие три примера теплопередачи?

  • Вождение происходит, когда два объекта физически касаются друг друга. Это наиболее эффективный вид передачи тепла. Попробуйте есть на сковороде.
  • Излучение — это энергия, которая распространяется в виде направленной волны. Когда радиация попадает на объект, ему передается тепло. Сядьте у огня.
  • Конвекция нагревает воздух, часть которого согревает.

Какие три типа теплопередачи?

Три типа теплопередачи Тепло передается через твердые тела (теплопроводность), жидкости и газы (конвекция) и электромагнитные волны (излучение). Тепло обычно передается комбинацией из трех и редко возникает в одиночку.Конвекция — это поток тепла через жидкости и газы.

Какие три метода передачи тепла?

Движение тепла обычно называют теплопередачей. Есть три способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и излучение. Комбинация этих методов часто используется при приготовлении пищи.

Какие существуют механизмы передачи тепла?

Передача тепла подразделяется на несколько механизмов, таких как теплопроводность, тепловая конвекция, тепловое излучение и передача энергии фазового перехода.Инженеры также учитывают массоперенос различных химикатов, горячих или холодных, для достижения теплообмена.

Какие типы тепловых двигателей производятся?

Основная задача теплового двигателя — вырабатывать механическую энергию с использованием тепловой энергии. Существует две основных классификации тепловых двигателей, основанных на процессе сгорания. Двумя типами тепловых двигателей являются двигатели внутреннего сгорания и двигатели внутреннего сгорания.

Какие существуют различные типы тепловых двигателей за и против

ПРЕИМУЩЕСТВА: Системы сжатого воздуха относительно недороги в установке, ремонте и замене, и они нагреваются быстро и равномерно.МИНУСЫ: многие из них не энергоэффективны. Кроме того, некоторые пользователи жалуются, что движущийся воздух шумный и приносит в дом аллергены. 2. Радиаторы пара или горячей воды. Котлы вырабатывают паровое тепло или распределяют горячую воду для отопления.

Какие недостатки у теплового насоса?

7 недостатков теплового насоса. 1 1. Высокая стоимость покупки. Тепловые насосы имеют высокую начальную стоимость, но, с другой стороны, их эксплуатационные расходы приводят к долгосрочной экономии энергии 2 2. Сложность установки.3 3. Срок годности сомнительный. 4 4. Требуется много работы. 5 5. Проблемы с холодной погодой.

В чем преимущества и недостатки теплообменников?

Хотя преимущества теплообменников можно найти в широком спектре применений, теплообменники также имеют некоторые недостатки. Многие современные теплообменники, такие как пластинчатые теплообменники, легко адаптируются и поэтому подходят для широкого спектра применений.

В чем преимущества керамического обогревателя?

Керамические пластины продолжают поглощать электрическое тепло, и это тепло должно куда-то уходить в воздух.Большим преимуществом керамических плит является то, что они сразу нагреваются, и вы сразу чувствуете нагревательный эффект от этой печи.

Что лучше тепловой насос или система отопления?

Тепловые насосы более безопасны, чем системы пожарного отопления. Они безопасны в использовании, а поскольку они зависят от электричества и не требуют топлива для выработки тепла, они представляют меньшую угрозу безопасности, чем их аналоги. 4. Уменьшите выбросы CO2.

Как рассчитать эффективность уравнения теплового двигателя

Тепловые двигатели преобразуют тепло в работу.Термический КПД выражает долю тепла, которое преобразуется в полезную работу. Тепловой КПД обозначается символом и может быть рассчитан по формуле: η = W Q H.

Как рассчитать КПД теплового двигателя определяется как

Если Q2 — это выделенное тепло, то W = Q1 — Q2 — это проделанная работа. Таким образом, КПД двигателя определяется как η = W Q1 = Q1 — Q2 Q1 ⇒ η = 1 — Q2 Q1.

Как рассчитать КПД теплового двигателя формула

Общее выражение КПД теплового двигателя можно записать так: КПД = тепловая энергия работы, они знают, что вся энергия, вложенная в двигатель, должна быть отдана как работа или как отходящее тепло.Следовательно, работа равна нагреву при высокой температуре за вычетом тепла, выделяемого при низкой температуре.

Какие цвета термостойкие?

Эти высокотемпературные покрытия не реагируют на пламя и не могут остановить распространение пламени по поверхности. Чаще всего используются термостойкие краски черного и серебристого цвета (также называемые алюминиевыми). Некоторые термостойкие покрытия также доступны в белом, сером, ржаво-красном и оранжевом цветах.

Что такое высокотемпературная краска?

Высокотемпературная краска, также называемая термостойкой краской, содержит смолы и химические вещества, которые помогают ей противостоять тепловому повреждению, предотвращать возгорание или замедлять процесс горения.

Краска термостойкая?

Лаки термостойкие. Термостойкие краски, доступные от Rawlins Paints, спроектированы так, чтобы выдерживать высокие температуры до 750 ° C на коммерческих и промышленных металлических / металлических поверхностях и конструкциях, начиная от применений термической обработки, таких как мусоросжигательные печи и печи, трубы и резервуары до химических заводов.

Как открыть Cheat Engine?

Откройте чит-движок. Когда вы закончите установку Cheat Engine, откройте «Пуск» (Windows) или Launchpad (Mac) и выберите опцию Cheat Engine.Вам может потребоваться нажать Да или Открыть, чтобы чит-движок открылся.

Как использовать чит-движок?

Использование чит-движка Запустите игру. Откройте игру, которую хотите использовать, с Cheat Engine. Определите аспект игры, который вы хотите изменить. Чтобы изменить аспект игры, аспект должен иметь связанный с ним номер (полоса здоровья с номером на экране). Сверните окно игры.

В каких играх можно использовать чит-движок?

Старые однопользовательские игры и некоторые однопользовательские игры Steam должны работать с Cheat Engine, хотя в соответствующих играх должно быть значение экрана, которое вы можете просматривать и редактировать.Многие онлайн-флеш-игры без ссылки на сообщество (без многопользовательской игры и без рекордов) также совместимы с Cheat Engine.

Как работает Cheat Engine?

Как работает чит-движок? Cheat Engine — не что иное, как простой сканер памяти. Он может сканировать вашу оперативную память / физическое хранилище и определять, где хранятся определенные файлы. Чит-движок позволяет вам получить доступ к этим местам хранения и изменить хранимое там значение.

Каков основной принцип теплового двигателя?

Напротив, нагревание газа увеличивает давление и заставляет его расширяться.Давление расширения может использоваться для приведения в движение поршня, преобразования тепловой энергии в кинетическую. Это основной принцип тепловых машин. Все термодинамические системы выделяют остаточное тепло.

Что выделяет тепло в двигателе?

Поскольку двигатели работают за счет сжигания топлива для выработки тепла, их иногда называют тепловыми двигателями. Процесс сгорания топлива включает химическую реакцию, называемую сгоранием, при которой топливо сжигается в кислороде воздуха с образованием диоксида углерода и пара.

Для чего нужен тепловой двигатель?

2. Что такое тепловая машина? • Тепловой двигатель — это устройство, которое преобразует химическую энергию топлива в тепловую и использует эту тепловую энергию для преобразования ее в механическую работу. • Тепловой двигатель — это система, преобразующая тепло в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы.

Какой пример рабочего тела в тепловом двигателе?

• Активный принцип: материал в тепловом двигателе, который подвергается воздействию тепла или тепла и оказывает влияние на окружающую среду.Некоторые примеры — воздух и водяной пар (пар). • В конце цикла рабочее вещество находится в том же термодинамическом состоянии, что и в начале.

Как тепловой двигатель представляет собой обратимый цикл?

TC P V TH 1 2 3 4 поглощает тепло отводит тепло Проблема. Рассмотрим тепловой двигатель, работающий по обратимому циклу и использующий в качестве рабочего тела идеальный газ с постоянной теплоемкостью cP. Цикл состоит из двух процессов постоянного давления, связанных двумя адиабатическими процессами.

Как изменяется энтропия в тепловом двигателе?

Передача энергии за счет тепла идет рука об руку с передачей энтропии.Следовательно, энтропия входит в систему, когда она нагревается, но не заставляет систему работать. С другой стороны, чистое изменение энтропии во время цикла должно быть нулевым, чтобы тепловой двигатель работал непрерывно.

Каков принцип работы теплового двигателя Карно?

Таким образом, принцип Карно гласит, что эффективность термодинамического цикла зависит только от разницы между аккумуляторами горячей и холодной температуры. Ни один двигатель не может быть более эффективным, чем реверсивный двигатель (тепловой двигатель Карно), работающий между одними и теми же высокотемпературными и низкотемпературными баками.

Какая формула двигателя Карно?

Следующая формула дает КПД двигателя Карно. η = 1 T 2 / T 1 Концептуальная идея цикла Карно заключается в том, что он определяет максимально возможный КПД для каждого цикла тепловой машины между T 1 и T 2. Причина в отсутствии трения между поршень и стенки цилиндра.

Что такое цикл Карно и его эффективность?

Цикл Карно — это идеальный теоретический термодинамический цикл, предложенный французским физиком Николя Леонардом Сади Карно в 1824 году и развитый другими в последующие десятилетия.Он представляет собой верхний предел эффективности, которого может достичь любой обычный термодинамический двигатель, преобразовывая тепло в работу, или, наоборот, эффективность системы охлаждения для создания разницы температур путем приложения работы к системе. Однако это не настоящий термодинамический цикл.

Что такое цикл Карно или двигатель?

Двигатель Карно представляет собой теоретический термодинамический цикл, предложенный Николасом Леонардом Сади Карно в 1824 году. Карно объясняет, что горячее тело необходимо для выработки тепла, а холодное тело — для выработки тепла для выполнения механической работы.

Во что тепловая машина преобразует тепло?

Тепловой двигатель — это устройство, используемое для преобразования тепловой энергии или тепла в механическую работу. Это происходит, когда тепло от горячего источника проходит через двигатель к источнику холода.

Термодинамика теплового двигателя

В термодинамике и технике тепловой двигатель — это система, преобразующая тепло в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы. Это достигается путем изменения активного ингредиента с более высокой температуры состояния на более низкую температуру состояния.

Что делает тепловая машина с тепловой энергией?

В термодинамике и технике тепловой двигатель — это система, преобразующая тепло или тепловую энергию в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы. Это достигается путем изменения активного ингредиента с более высокой температуры состояния на более низкую температуру состояния. Источник тепла вырабатывает тепловую энергию, которая переводит рабочий материал в высокотемпературное состояние.

Во что тепловая машина преобразует тепло?

В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая преобразует тепловую или тепловую энергию и химическую энергию в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы.Как правило, двигатель преобразует энергию в механическую работу.

Почему двигатель Карно самый эффективный?

Цикл Карно является наиболее эффективным двигателем не только из-за (тривиального) отсутствия трения и других случайных потерь, но и потому, что нет теплопроводности между частями двигателя при разных температурах.

Двигатель Карно — единственный реверсивный двигатель?

Любой двигатель, использующий цикл Карно, который использует только обратимые процессы (адиабатические и изотермические), называется двигателем Карно.Любой двигатель, использующий цикл Карно, получит максимальный теоретический КПД.

Каков КПД двигателя Карно?

Двигатель Карно имеет КПД 66% и работает со скоростью 104 Джоуля за цикл.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *