Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 22(192)

Рубрика журнала: Физика

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4, скачать журнал часть 5, скачать журнал часть 6, скачать журнал часть 7, скачать журнал часть 8, скачать журнал часть 9

Библиографическое описание:
Шалаумова Е.В. В ЧЁМ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ? // Студенческий: электрон. научн. журн. 2022. № 22(192). URL: https://sibac.info/journal/student/192/259229 (дата обращения: 07.02.2023).

В ЧЁМ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ?

Шалаумова Елена Владимировна

студент, факультет Информационных технологий, Российский государственный социальный университет,

РФ, г. Москва

Бекбулатов Дамир Равилович

научный руководитель,

старший преподаватель, факультет Техносферной безопасности и экологии, Российский государственный университет,

РФ, г. Москва

​Тепловые машины (двигатели) – устройства, которые преобразуют тепловую энергию в полезную механическую.

Тепловые машины запускают станки, транспорт, вращают роторы генераторов электрического тока. Большая часть двигателей на земле – это тепловые двигатели.

Существуют три типа тепловых двигателей: паровая турбина, реактивный двигатель и двигатель внутреннего сгорания. Они различаются конструкцией и особенностями работы, но принципы их действия идентичны.

Преимущества использования тепловых двигателей: надёжность, простота, долговечность, автономность, эффективность, компактность.

Недостатки использования тепловых двигателей: низкий КПД, загрязнение атмосферы, повышение температуры окружающей среды, истощение природных ресурсов, вред для здоровья человека.

Меры для уменьшения загрязнения окружающей среды: создавать и использовать двигатели с высоким КПД, экономить электроэнергию, создать экологическое чистое топливо.

Тепловая машина состоит из двух тепловых резервуаров (нагреватель t1 и холодильник t2) и рабочего тела:

Тепловой резервуар – тело, которое содержит в себе большой запас внутренней энергии, и температура этих резервуаров должна поддерживаться неизменной. Всегда t1>t2

Рабочее тело – вещество, посредством которого идет перекачка теплоты от нагревателя к холодильнику.

Принцип действия тепловой машины основан на том, что теплота самопроизвольна, без совершения работы может переходить от горячего тела к холодному (от нагревателя к холодильнику). Часть этой энергии мы можем забирать – преобразовывать в механическую энергию.

Пример: если возьмём нагреватель – котёл с кипящей водой, холодильник - котёл с холодной водой и будем гнать горячий пар по трубам от горячего котла к котлу с холодной водой и на пути этого горячего пара поставим турбину, то пар будет бить по лопаткам турбины. Соответственно приводить её во вращение, то часть энергии будет переходить в механическую энергию вращения этой турбины (работа тепловой машины А).

Работа теплового двигателя происходит циклически (круговым процессом – совокупность термодинамических процессов, по завершении которых система возвращается в исходное термодинамическое состояние). За 1 цикл работы от нагревателя отводится количество теплоты ( – сумма всех подведённых к рабочему телу теплот от нагревателя), и эта теплота подводится к рабочему телу. Чаще всего в качестве рабочего тела будет фигурировать тот или иной газ. Часть энергии будет переходить в механическую энергию – полезную энергию – работа тепловой машины (А). Другая часть обязательно должна потом подводиться ко второму тепловому резервуару – холодильнику  Эта энергия отводится от рабочего тела и подводится к холодильнику. Теплота может быть положительной и отрицательной. Минус знак говорит о том, что теплота будет отводиться от рабочего тела (отрицательное количество Джоулей передавать нельзя).  – сумма всех отведённых от рабочего тела теплот). С точки зрения закона сохранения энергии: энергия Q+ будет делиться между А и  Q+ = А +  А = Q+

За один цикл работы тепловой машины газ в качестве рабочего тела опишет цикл, обходимый по часовой стрелке – прямой цикл. Работа тепловой машины численно совпадет с той работой, которую совершает рабочее тело во всём цикле  (S – площадь цикла).

Действие тепловых машин характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД) – отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

  

КПД любого теплового двигателя меньше единицы и выражается в процентах. Невозможность превращения всего количества теплоты, полученного от нагревателя, в механическую работу является платой за необходимость организации циклического процесса и следует из второго закона термодинамики.

Идеальная тепловая машина (машина Карно) – машина, которая работает по циклу Карно. Цикл Карно – цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Цикл Карно является самым оптимальным, с наибольшим КПД. КПД зависит от температур Т1 и Т2.

Коэффициент идеальной тепловой машины:

 

Теорема Карно: между одними и теми же тепловыми резервуарами тепловая машина, имеющая наибольший КПД – идеальная тепловая машина Карно.

 

 

Список литературы:

  1. Громов С. В., Родина Н. А. Физика – М.: Просвещение, 2001.
  2. Савельев И.В. Курс общей физики, том I
  3. В.А. Касьянов. Физика 10 класс. Дрофа. 2002
  4. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский – Учебник 10 класс для общеобразовательных учреждения п.82, 2010.
  5. Издатель: проект «Инфоурок» Принципы действия тепловых двигателей. КПД. КПД тепловых двигателей

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом