Что такое тепловой двигатель и какие они бывают

Виды тепловых двигателей

Вы будете перенаправлены на Автор24

Тепловыми двигателями считают машины, которые совершают работу за счет получаемой теплоты.

К часто используемым тепловым двигателям отнесем:

• паросиловые станции, паровые поршневые двигатели;
• двигатели внутреннего сгорания, например, бензиновые двигатели, дизельные двигатели, реактивные двигатели.

Принципы работы тепловых двигателей

Тепловой двигатель преобразовывает теплоту в механическую работу. В тепловом двигателе нагреваемый пар расширяясь, давит на поршень и производит работу.

Тепловой двигатель состоит из:

• нагревателя;
• холодильника;
• рабочего тела, пара или газа, находящегося в емкости с поршнем, который может расширяться и сжиматься.

При конструировании теплового двигателя задача заключается в том, чтобы создать такие условия, при которых газ будет попеременно соприкасаться с нагревателем и холодильником.

1. Контактируя с нагревателем, рабочее тело нагревается, расширяется и совершает работу.
2. Соприкасаясь с холодильником газ сжимается, поршень уходит в первоначальное положения, работа совершается над рабочим телом.
3. Цикл может начинаться сначала.

Одной из первых машин, в которой человек использовал солнечную энергию, была ветряная мельница. В такой мельнице вращение крыльев при дуновении ветра приводит в действие вал, который совершает работу. Для появления ветра нужно, чтобы имелась разность давлений, которая появляется в результате температурной разницы в частях атмосферы. Ветер – это конвекционное перемещение атмосферы, вызванное ее неравномерным нагревом.

Так, энергия Солнца использовалась для получения работы в ветряном двигателе.

Периодически повторяющееся выполнение работы в результате охлаждения тел возможно, если тепловая машина не только получает теплоту от нагревателя, но и часть ее передает холодильнику (телу с более низкой температурой). На выполнение работы уходит только часть теплоты нагревателя, остальная теплота переходит к холодильнику.

Готовые работы на аналогичную тему

Тепловым двигателем называют машину, которая производит механическую работу за счет обмена теплотой с окружающими телами.

Большая часть тепловых двигателей нагревание происходит за счет сгорания топлива, в результате этого процесса нагреватель обладает достаточно высокой температурой. При этом работа выполняется за счет внутренней энергии смеси топлива и кислорода из атмосферы.

Имеются тепловые двигатели, в которых нагревание выполняет Солнце. Проектируются машины, применяющие разницу температур воды в море.

Существуют и работают тепловые машины, которые используют теплоту, выделяемую в ядерном реакторе, при расщеплении и преобразовании ядер атомов.

Паровая машина

Первыми были сконструированы паровые поршневые двигатели (или паровые машины). Позднее на их основе были созданы паровые турбины.

Рабочим телом в этих двигателях обычно является водяной пар (возможны пары других веществ). Поршневые двигатели сейчас применяют редко, на железнодорожном и водном транспорте.

Паровые турбины используются на больших электростанциях и кораблях.

Паровой двигатель кроме основных элементов теплового двигателя имеет несколько вспомогательных устройств. Вся совокупность компонент парового двигателя называется паросиловой станцией. В паровом двигателе осуществляет циркуляцию вода. Она становится паром в котле, выполняет работу в турбине, снова становится водой в барабане. Затем она отправляется при помощи насоса через сборный бак в котел. Оборот воды в паросиловой станции изображен на схеме рис.1

Рисунок 1. Паровой двигатель. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В схеме, изображенной на рис.1 нагреватель – это котел, а холодильник – конденсатор, который охлаждается проточной водой. Поскольку в установке циркулирует одна и также вода, то накипи практически не образуется. Накипь влияет на КПД котла, уменьшая его.

Паровой котел — это топка и собственно котел. Топливо сжигают в топке. Сам котел составлен из барабана и труб, которые через свои стенки передают теплоту газов, нагретых при сгорании топлива, воде. Вода нагревается и превращается в пар. Энергия топочных газов не полностью передается воле, ее часть рассеивается. Потери энергии происходят и при неполном сгорании топлива.

Далее по паропроводу пар попадет в турбину. Турбина — это стальной цилиндр с валом внутри него. На валу укреплены рабочие колеса с изогнутыми лопатками. Между рабочими колесами имеются направляющие лопатки. Пар заставляет рабочее колесо вращаться, попадая на рабочие лопатки. В турбине пар увеличивает свой объем, при этом его температура уменьшается.

Турбина способна совершать вращение только в одном направлении, скорость ее вращение изменяется не очень сильно. Это удобно для вращения электрогенераторов.

КПД паросиловой станции может достигать 27%. Часть потерь энергии вызвана несовершенством конструкции и потерями, которые происходят при охлаждении пара водой в конденсаторе.

Теория дает следующий вывод, что КПД тепловой машины не может быть больше, чем:

где $T_1$ — температура нагревателя; $T_2$ — температура холодильника.

Двигатель внутреннего сгорания

Сжигание топлива можно производить вне цилиндра, в котором происходит расширение рабочего тела (газа), такой двигатель называют двигателем внешнего сгорания. Примером двигателей внешнего сгорания могут быть:

• паровая машина;
• турбина.

Двигатели, у которых сжигание топлива происходит внутри камеры сгорания, называют двигателями внутреннего сгорания. Примерами двигателей внутреннего сгорания могут быть:

• бензиновый двигатель;
• дизель;
• реактивный двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания в настоящее время является самым распространенным тепловым двигателем. Он работает:

• на автомобильном транспорте,
• самолетах,
• моторных лодках,
• танках и т. д.

Топливом для двигателей внутреннего сгорания может служить:

• жидкое топливо, такое как бензин, керосин;
• газ.

Рассмотрим четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания.

Основная часть этого двигателя – один или несколько цилиндров, где сжигается топливо. Во внутренности цилиндра движется поршень. Поршень имеет вид полого цилиндра, закрытого с одной стороны. Этот цилиндр опоясан пружинными кольцами, которые вложены в канавки на поршне. Данные кольца должны не пропускать газы, которые появляются как результат сжигания топлива, в отсек между поршнем и стенками цилиндра.

Поршень имеет стержень из металла (палец), который соединяет поршень с шатуном. Шатун передает движение от поршня к коленчатому валу.

В работе данного двигателя выделяют четыре этапа:

1. Всасывание горючей смеси в цилиндр из карбюратора.
2. Сжатие горючей смеси. При этом впускной клапан закрывается, поршень двигается сжимает смесь. Смесь повышает свою температуру.
3. Сгорание смеси. При достижении некоторого положения поршнем смесь загорается от электрической искры, которую дает свеча. Давление газов заставляет поршень двигаться вниз. Поршень передает свое движение коленчатому валу, так совершается работа. Выполняя работу и увеличивая свой объем продукты сгорания уменьшают свою температуру, давление уменьшается. По окончании рабочего хода давление в цилиндре становится равным атмосферному.
4. Выхлоп отработанных продуктов горения. При этом открывается выпускной клапан, продукты горения через глушитель попадают в атмосферу.

Температура газов, которые получаются в двигателе внутреннего сгорания довольно большая (более 1000 градусов Цельсия), следовательно, они должны давать КПД выше, чем у паровых двигателей. В реальной действительности КПД двигателя внутреннего сгорания составляет 20-30%. Энергия сгорания топлива в нем расходуется так:

• 40% идет на охлаждение цилиндра с водой;
• 25% уносят отработанные газы;
• 10% забирает трение;
• 25% полезная работа.

Существуют не только четырехтактные, но и двухтактные двигатели внутреннего сгорания.

К преимуществам двигателя внутреннего сгорания относят:

• компактность,
• небольшую массу.

Недостатками таких двигателей являются:

• потребности в топливе высокого качества;
• отсутствие возможности получения с его помощью малой частоты вращения.

Доклад на тему Тепловые двигатели 8, 10 класс

Идея создания аналога теплового двигателя зародилась ещё давным-давно. Чего стоит легенда об Архимеде, якобы построившем пушку, которая делала выстрелы при помощи пара. Однако, согласно официальной версии, изобретение первого теплового двигателя случилось в 17 веке, а впоследствии он был усовершенствован.

В это время Дени Папен (французский изобретатель) сконструировал машину, в общих чертах напоминавшую нынешние двигатели внутреннего сгорания. Его современник, английский изобретатель с именем Томас Севери создал паровой насос для того, чтобы откачивать воду. Другой английский изобретатель, по имени Томас Ньюкомен, также сконструировал паровую машину, способную откачивать воду, но в его разработках, хотя и очень умелых, явно перекликались идеи двух предыдущих изобретателей. Работая, в свою очередь, над усовершенствованием технологии Ньюкомена, Джеймс Уатт разработал новую модель двигателя. Универсальный паровой двигатель же был сконструирован спустя примерно 50 лет Иваном Ползуновым, гениальным русским изобретателем.

Какие существуют тепловые двигатели

• Паровая машина – является одним из двигателей внешнего сгорания. Она преобразует энергию, которая вырабатывается с помощью пара, в механическую работу.
• Двигатель внутреннего сгорания – в данном случае химическая энергия вырабатывается из топлива. Затем она становится механической работой.
• Газовая турбина — является одним из двигателей непрерывного действия. Его механизм таков: он преобразует энергию нагретого сжатого газа. Она также становится механической работой.
• Паровая турбина – это по сути, серия дисков, которые вращаются и которые закрепляются на одной оси и несколько неподвижных дисков, которые закрепляются на основании, называющемся статором.

Реактивный двигатель – преобразует одну энергию в другую (исходную в кинетическую энергию струи рабочего тела), тем самым создавая нужную силу тяги. Подразделяются такие двигатели на два подвида: Один подвид – воздушно — реактивное. Второй подвид – ракетные двигатели.

Вариант №2

В давние времена люди пытались использовать энергию топлива и это все для того чтобы вырабатывалась механическая энергия. А спустя некоторое время появились первые тепловые двигатели. Постепенно его преобразовывали и пытались сделать что-то новое. При помощи такого двигателя сначала получается газ, а потом и пар. Сначала они проходят и проделывают очень много работы, а потом происходит процесс охлаждения.

Немного попозже люди научились вырабатывать энергию. И делали они это при помощи разных способов. И это были ветровые мельницы.
Если рассматривать тепловые двигатели, то к ним можно отнести не только паровую машину, но еще и двигатель внутреннего сгорания, а также паровую или газовую турбину. Данные тепловые двигатели обычно заправляются при помощи жидкого или твердого топлива, а также при помощи солнечной или атомной энергии.

На сегодняшний день существует огромное количество разных автомобилей. И они работают обычно на тепловом двигателе. Кроме этого они работают на жидком топливе. Двигатель может выдержать всего четыре года. Также на двигателе имеется четыре такта. Именно поэтому он и называется четырехтактным. А вот для того чтобы увеличить мощность двигателя нужно поставить туда либо четыре цилиндра, а в некоторых случаях устанавливается восемь цилиндров. А вот более мощные двигатели обычно устанавливаются либо на теплоходах или тепловозах.
Кроме этого на сегодняшний день активно применяются и тепловые двигатели. Обычно туда заливается пар или газ, а потом нагревается до высокой температуры. Потом газ начинает вращаться, и при этом здесь совсем не нужен поршень. Также здесь совсем не нужен ни шатун, ни коленчатый вал.

А вот для того чтобы увеличить мощность требуется всего лишь специальные диски. И каждый из них должен был прикреплен к общему валу. Обычно данные турбины можно применять на тепловых электростанциях или на кораблях.

Также к тепловым двигателям относятся воздушно-реактивный двигатель. Он работает при помощи окисления горючего вещества, и потом он превращается в кислород. Они бывают бескомпрессорными (двигатель, который работает без помощи каких-либо компрессоров) и компрессорными (они работают при помощи газовой турбины или поршня).

Кроме этого установлено и отрицательное влияние тепловой машины на окружающую среду и в этом воздействуют некоторые факторы. Когда топливо сжигается, то выделяется кислород, а это значит, что в окружающей среде кислород наоборот уменьшается. Также когда топливо сжигается, то атмосфера загрязняется.

И нужно обязательно сказать о том, что в атмосферу выделяется огромное количество азота, а также серы. А ведь это все очень пагубно влияют на человека.

Также вредные вещества выбрасывает и автомобиль. А вот для того чтобы этого не происходило можно заменить бензиновый двигатель на обычное топливо. Самое главное чтобы в топливо не добавлялся свинец.

Имеются еще и паросиловые станции. Работают они при помощи пара. Обычно это паровой пар. Конечно, имеются еще и другие машины, которые работают при помощи ртути.

8, 10 класс окружающий мир

Тепловые двигатели

Популярные темы сообщений

• Творчество Василия Шукшина

Василий Шукшин ‒ человек легенда, который прожил короткую, но эффектную жизнь. Парень с далекой сельской глубинки прославился, как невероятно талантливый актер, режиссер, сценарист и писатель.

Крестовые походы – важное движение в Европе, которое носило не только освободительный и религиозный характер, но и экономический. В середине XI века турки-сельджуки начинают завоевательное движение на запад, захватывая Малую Азию

Сказочный слепой зверёк, крот, на самом деле не такой уж и слепой, как нам его представляют. Слабое зрение обусловлено его образом жизни, проводя все время под землёй, роя норы, нет необходимости иметь острый глаз как у орла.

«Тепловой двигатель» приносит 37 градусов: сначала испанский горячий воздух — затем воздух Сахары

Ужасно жаркие дни и тропические соседи: приближается первая волна тепла в году, которая распространится по стране ко вторнику. В конце дня иногда бывают сильные грозы, как объясняет метеоролог NTV Бьорн Александер. В конце концов: температура в озерах и прибрежных водах, вероятно, продолжит повышаться.

ntv.de: Июнь, похоже, сейчас хочет стать действительно жаркой. Как тепло попадает к нам?

Бьорн Александер: В течение следующих нескольких дней на юго-западе Европы усилится минимум, который действует как своего рода «тепловая машина». Прежде всего, нас достигает порыв испанского горячего воздуха, за которым следует воздух летней Сахары — со всем, что с ним связано.

Что это означает конкретно?

Во-первых, в разгар лета с первой в году волной тепла становится тепло или жарко. Это означает, что по крайней мере три дня подряд с пиковыми значениями 30 градусов Цельсия и более. В то же время повышается и духота. Первоначально это приводит к тропическим ночам с минимумом не ниже 20 градусов. К тому же сильные ливни и грозы быстро грозят повышенной влажностью. От сильной жары до сильных гроз и сахарной пыли — все включено в ближайшие дни.

Как долго прослужит нам эта взрывная смесь летнего солнцестояния?

В зависимости от того, какие погодные модели окажутся верными, можно предположить, что эта довольно интенсивная погода будет держать нас занятыми до вторника на следующей неделе. По крайней мере, так это видит большинство погодных компьютеров.

Тогда давайте посмотрим на самые горячие значения: какие температуры нам ожидать?

Пик тепла в среду на юго-западе составляет 34 градуса. В четверг можно ожидать максимальных значений 36 или 37 градусов во всей западной половине вплоть до северной. В пятницу и субботу основная жара на востоке, от 35 до 37 градусов. Воскресенье по-прежнему колеблется от 30 до 35 градусов, а в понедельник, вероятно, еще один пик около 35 градусов. Однако применимо следующее: Первый пик тепла безопасен. Во время второй жары прогнозы погоды для различных мэйнфреймов все еще содержат некоторую неопределенность. Однако факт в том, что второй раунд забега в воскресенье и понедельник может снова оказаться тяжелым.

И грозы тоже бывают сильными, не так ли?

Это почти наверняка. Потому что воздух очень горячий и в то же время все более влажный и, следовательно, также может обеспечить много энергии для гроз. Таким образом, мы должны быть готовы к иногда сильным и сильным грозам с риском грозы из-за сильного дождя, града и шквалов.

Где и когда нужно быть готовыми к грозам и штормам?

В соответствии с текущим статусом, в четверг вечером, когда жара приближается к своему первому пику, первые тепловые грозы случаются в некоторых местах на западе. К сожалению, детали пока неизвестны. Но опыт показал, что они также могут оказаться сильными в определенных моментах. Впоследствии воздух с запада в целом становится более влажным, а грозы становятся более частыми и интенсивными. Это особенно актуально в пятницу на западе, то есть от Северного моря через Эмс и Мюнстерланд, а также от Нижнего Рейна до Шварцвальда и Альп.

Как шторм на выходных?

В субботу метеорологические компьютеры в настоящее время видят меньшую активную зону шторма на северо-востоке, прежде чем в воскресенье и понедельник, вероятно, последует следующая, более крупная штормовая ситуация. Фокус шторма смещается все дальше и дальше на восток, где волна тепла должна закончиться не позднее вторника.

Тема тропических ночей: когда ночи становятся тропическими?

Тропические ночи с минимальными температурами не ниже 20 градусов начинаются на Рейне в ночь на четверг. В первую очередь страдают мегаполисы, например Кельн, Дюссельдорф или Рурская область. Ночью в пятницу он затем распространяется в тропиках на запад и север, прежде чем в субботу вечером центр знойных ночей будет больше на востоке. В воскресенье и понедельник погодные компьютеры могут видеть тропические температуры почти повсюду. В этом отношении охлаждение на следующей неделе произойдет так, как многие из нас просят.

Насколько теплая или холодная сейчас температура воды?

В настоящее время температура воды, измеренная на глубине одного метра, составляет от 19 до 23 градусов. В Северном и Балтийском морях от 15 до 19 градусов; хотя, конечно, может быть теплее в более мелководных прибрежных районах.

Тепловые двигатели

Просмотр содержимого документа
«Тепловые двигатели»

Что такое тепловой двигатель?

• Теплово́йдви́гатель — тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры.
• К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Двигатель внутреннего сгорания

• В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск
• Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенно мощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др.

Паровая турбина

• В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.
• В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Загрязнение от тепловых двигателей бывает 3 видов:

• Химическое
• Радиоактивное
• Тепловое

Положительное вляние тепловых двигателей на окружающую среду:

• Тепловые машины освободили человека от тяжелого физического труда, они выполняют работу в сотни и тысячи раз больше той, которую мог бы выполнить без машин человек. Большая часть двигателей на Земле — это тепловые двигатели.
• Тепловые двигатели устанавливаются на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для получения пара высокой температуры.

Отрицательное влияние теплового двигателя на окружающую среду:

• при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
• сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.
• при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу два-три тонн свинца.

Пути уменьшения загрязнения окружающей среды

• Один из путей уменьшения путей загрязнения окружающей среды- использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.

• Спасибо за внимание!