Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тепловой двигатель приведите примеры тепловых двигателей

КПД теплового двигателя

КПД теплового двигателя.

Просмотр содержимого документа
«КПД теплового двигателя»

КПД теплового двигателя

Работа газа и пара при расширении

1. Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в механическую энергию тела.

2. Какие двигатели называют тепловыми?

3. Какие виды тепловых двигателей вам известны?

4. Какие переходы и превращения энергии происходят в них?

Двигатель внутреннего сгорания.

5. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

6. Пользуясь рисунком 24,расскажите,из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания.

7. Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания?

8. За сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл двигателя?

9. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого из четырёх тактов? Как называют эти такты?

10. Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания?

11. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях?

12. Где ещё, кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?

13. Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания?

14. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях?

15. Где ещё, кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?

ПАРОВАЯ ТУРБИНА

16. Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами?

17. В чём отличие в устройстве турбин и поршневых машин?

18. Пользуясь рисунком 26,расскажите, из каких частей состоит паровая турбина и как она работает.

1.. Можно ли огнестрельное оружие отнести к тепловым двигателям?

2. Можно ли человеческий организм отнести к тепловым двигателям?

3. Почему ДВС не используются в подводных лодках при подводном плавании?

Тепловым двигателем называют машину, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Вся ли тепловая энергия превращается в тепловых двигателях в механическую энергию?

Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только часть той энергии, которая выделяется топливом

Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие

КПД (коэффициент полезного действия) двигателя.

Схема работы теплового двигателя

Q 1 -количество теплоты, полученное от нагревателя

Q 2 -количество теплоты, отданное холодильнику

А= Q 1 Q 2 -работа, совершаемая двигателем

Нагреватель топливо; рабочее тело газ; холодильник окружающая среда, части механизма

 = ( А / Q 1 ) 100%

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя

КПД теплового двигателя

= (А / Q 1 ) 100%

= ( Q 1 Q 2 / Q 1 ) 100%

 = А п / А з

 = Q п / Q з

 = N п / N з

 ВСЕГДА!  00%

Характеристики тепловых двигателей

Двигатели

Мощность, кВт

карбюраторный

3 10 5

12 10 5

3 10 7

Важнейшая техническая задача

Повысить КПД тепловых двигателей

Уменьшение трения частей двигателя

Уменьшение потерь топлива вследствие его неполного сгорания

Применение тепловых машин и проблемы охраны окружающей среды

  • При сжигании топлива в тепловых машинах требуется большое количество кислорода. На сгорание разнообразного топлива расходуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелёными растениями.
  • Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу эквивалентные количества двуокиси углерода (углекислого газа). Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Сейчас во всём мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно 200 – 250 млн. т золы и около 60 млн. т диоксида серы.
  • Кроме промышленности воздух загрязняет и транспорт, прежде всего автомобильный (жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей).

В разных ситуациях мы вспоминаем замечательные слова Б. Окуджавы, в том числе и при решении экологических проблем:

Возьмемся за руки, друзья!

Возьмемся за руки, друзья!

Чтоб не пропасть поодиночке.

  • Не уничтожать зеленый покров Земли.

2. Посадить и вырастить дерево.

3. Не ездить без нужды в автомобиле, на мотоцикле, мопеде.

4. Охранять лес, родники, речушки.

5. Организовать при школе экологический патруль.

6. Экономить воду, электроэнергию (будут сжигать меньше топлива на электростанциях).

7. Беречь бумагу, собирать и сдавать макулатуру (сохраните лес).

8. Беречь вещи (на их изготовление идет энергия).

9. Собирать и сдавать вторсырье.

10. Беспощадно бороться с разрушителями природы, кем бы они ни были.

Читать еще:  Ваз 2110 что такое гидрики в двигателе

Качественные задачи:

1. Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли решил ученик задачу?

2. КПД теплового двигателя 45%. Что означает это число?

Задачи(2-реши сам)

1.Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдаёт холодильнику энергию 800 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя?

2.Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдаёт холодильнику энергию 700 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя?

Задачи( 2 – реши сам)

1. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 0,23МДж и израсходовал 2кг бензина. Вычислить КПД двигателя.

2. Определить КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 18,9 МДж потребовалось 1,5кг топлива с q =42МДж/кг.

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?

«Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания»


Номер урока по учебно – тематическому планированию: № 63.

Номер урока по теме: № 14.

Форма урока: комбинированный.

Тема: «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания».

Цель:

  1. Контроль знаний по теме: «Количество теплоты. Агрегатные состояния вещества».
  2. Формирование понятий: тепловые двигатели, КПД. Знакомство с принципом работы тепловых двигателей (паровая турбина, ДВС), применением их в народном хозяйстве.
  3. Воспитание бережного, чуткого отношения к природе.

Оборудование: мультимедийный проектор,

ЦОР «Физика 10 – 11 классы. Подготовка к ЕГЭ». Издательство «ПРОВЕЩЕНИЕ», (возможно использование ЦОРа «Физика 7 – 11 классы». Издательство «ФОРМОЗА»).

ЦОР применялся на этапе изучения нового материала.

Ожидаемый результат:

— понятия тепловой двигатель, КПД,

— разновидность тепловых двигателей и область их применения,

— принцип действия теплового двигателя, паровой турбины и ДВС.

На прошлых уроках мы рассмотрели агрегатные состояния вещества и способы перевода вещества из одного состояния в другое.

  • Фронтальная беседа

Вспомним,

— в каких агрегатных состояниях может находиться тело?

— что необходимо предпринять, чтобы перевести твердое тело в жидкость, а затем в пар?

— откуда можно его взять?

  • Физический диктант (выполняется на скрытой доске сильным учащимся, остальные – в тетради)
  1. Какое количество теплоты необходимо передать телу, чтобы его расплавить?
  2. Какое количество теплоты необходимо передать телу, чтобы его нагреть?
  3. Какое количество теплоты необходимо передать телу, чтобы его превратить в пар?
  4. Какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива?

Проверка (осуществляется взаимо – и самопроверка).

  • Самостоятельная работа (дифференцирована, выполняется по карточкам)

Вариант I

Определите количество теплоты, необходимое для осуществления следующих процессов.

Лед (-10 0 С ) – вода 110 0 С

  1. Изобразите графически процессы, происходящие со льдом.
  2. Запишите формулы для определения количества теплоты, необходимого для этих процессов.
  3. Произведите по ним расчеты, если известно что,

Cльда = 2100 Дж/кг * 0 С;

λ льда = 3,4 * 10 5 Дж/кг;

Своды = 4200 Дж/кг * 0 С;

r водяного пара = 2,3 * 10 6 Дж/кг;

С водяного пара = 4200Дж/кг* 0 С

Полярник для получения пресной воды, наколол в ведро емкостью 10 литров льда. Определите, какое количество керосина ему придется сжечь, чтобы вскипятить образовавшуюся воду? Температура окружающего воздуха (– 30 0 С.)

Мы уже говорили с вами о том, что развитие техники зависит от умения использовать громадные запасы внутренней энергии. Использовать внутреннюю энергию – это значит совершать за счет ее полезную работу.

Как вы определите тему нашего урока?

Поставьте перед собой задачи. Что вы должны знать о двигателях?

Для объяснения выбран словесно – иллюстративный метод. Для активизации деятельности учащихся предлагается план.

План

  1. Тепловые машины (определение, основные части, принцип работы)
  2. КПД.
  3. Виды тепловых двигателей (паровая турбина, ДВС)
  4. Проблемы использования тепловых двигателей.
Читать еще:  Форд фокус 2 горит неисправность двигателя желтым

Демонстрируется схема теплового двигателя

Учитель определяет основные части, объясняет принцип действия, знакомит с физической величиной – КПД. Указывая на низкое КПД тепловых двигателей, выясняет возможности его повышения.

Рассматриваются виды тепловых машин. Этапы их развития.

— О каких видах двигателей шла речь (паровая турбина, ДВС).

Рассмотрим их поподробнее.

Демонстрируется интерактивная модель паровой турбины.

Объяснение учителя.

Паровая турбина состоит из котла с крышкой, в котором находится вода, и вала, на который насажен диск, по ободу которого закреплены лопатки. Сжигая топливо, доводят воду до кипения. Для повышения температуры кипения воды в котле создают высокое давление(1,5 МПа).

Когда клапан открывается, струи пара вырываются из котла с большой скоростью и оказывают значительное давление на лопатки, приводя их в быстрое вращательное движение. Вместе с ними приходят в движение и другие части машины. Например: на теплоэлектростанции турбина соединена с генератором электрического тока.

В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть своей энергии.

Использование тепловых двигателей позволило человеку увеличить власть над природой. В этом есть плюсы и минусы. Скажите, какие негативные последствия возникают при использовании тепловых двигателей. (Обсуждение.)

схема «Тепловые двигатели».

схема «Транспортные средства с тепловыми двигателями» со звуковым сопровождением.

ЦОР интерактивная модель «Схема работы паровой турбины» без звукового сопровождения.

Работа в группах. Учащиеся составляют рассказ по теме. В помощь предлагается план и указывается параграф учебника.

Прочитайте § 44 и составьте рассказ по плану:

  1. Тепловым двигателем называют устройство …
  2. Назовите три основные части любого теплового двигателя.
  3. Приведите примеры тепловых двигателей.
  4. Что такое КПД?
  5. * КПД двигателей внутреннего сгорания 20 — 40%, паровых турбин – около 30 % это много или мало? Какие проблемы возникают в связи с такими значениями КПД тепловых двигателей для промышленности и сельского хозяйства страны?

ДВС

Прочитайте § 46 и составьте рассказ по плану:

Кпд тепловых двигателей находят по формуле. Тепловой двигатель

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

Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ (см. § 3.11), который совершает работу при расширении. Обозначим начальную температуру рабочего тела (газа) через Т 1 . 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 Т 1 называют температурой нагревателя.

Роль холодильника

По мере совершения работы газ теряет энергию и неизбежно охлаждается до некоторой температуры Т 2 . Эта температура не может быть ниже температуры окружающей среды, так как в противном случае давление газа станет меньше атмосферного и двигатель не сможет работать. Обычно температура Т 2 несколько больше температуры окружающей среды. Ее называют температурой холодильника. Холодильником являются атмосфера или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара — конденсаторы. В последнем случае температура холодильника может быть несколько ниже температуры атмосферы.

Таким образом, в двигателе рабочее тело при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы. Часть энергии неизбежно передается атмосфере (холодильнику) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. Эта часть внутренней энергии безвозвратно теряется. Именно об этом и говорит второй закон термодинамики в формулировке Кельвина.

Принципиальная схема теплового двигателя изображена на рисунке 5.15. Рабочее тело двигателя получает при сгорании топлива количество теплоты Q 1 , совершает работу А» и передает холодильнику количество теплоты |Q 2 | 4.2 . Всего получено оценок: 293.

Энциклопедичный YouTube

Математически определение КПД может быть записано в виде:

η = A Q , >,>

где А — полезная работа (энергия), а Q — затраченная энергия.

Если КПД выражается в процентах, то он вычисляется по формуле:

где Q X >> — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A

Читать еще:  Что будет если при работающем двигателе включить стартер

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

где Q Γ > — тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

В идеальной машине Q Γ = Q X + A =Q_ >+A> , отсюда для идеальной машины ε Γ = ε X + 1 =varepsilon _ >+1>

Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно : в нём холодильный коэффициент

ε = T X T Γ − T X > over -T_ >>>> , поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.

КПД теплового двигателя. КПД теплового двигателя — формула определения. Тепловой двигатель. Второй закон термодинамики Формула определения кпд теплового двигателя

>>Физика: Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей

Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Но для решения практических задач располагать запасами энергии еще недостаточно. Необходимо еще уметь за счет 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.
Принципы 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 счет 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 T 1 . 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 T 1 температурой нагревателя.»
Роль холодильника. По мере совершения работы газ теряет энергию и неизбежно охлаждается до некоторой температуры T 2 , которая обычно несколько выше температуры окружающей среды. Ее 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 атмосферы.
Таким образом, в двигателе рабочее тело при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы. Часть теплоты неизбежно передается холодильнику (атмосфере) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. Эта часть внутренней энергии теряется.
Тепловой двигатель совершает работу за счет внутренней энергии рабочего тела. Причем в этом процессе происходит передача теплоты от более горячих тел (нагревателя) к более холодным (холодильнику).
Принципиальная схема теплового двигателя изображена на рисунке 13.11.
Рабочее тело двигателя получает от нагревателя при сгорании топлива количество теплоты Q 1 совершает работу A ´ и передает холодильнику количество теплоты Q 2 4.2 . Всего получено оценок: 293.

Работа, совершаемая двигателем, равна:

Впервые этот процесс был рассмотрен французским инженером и ученым Н. Л. С. Карно в 1824 г. в книге «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».

Целью исследований Карно было выяснение причин несовершенства тепловых машин того времени (они имели КПД ≤ 5 %) и поиски путей их усовершенствования.

Цикл Карно — самый эффективный из всех возможных. Его КПД максимален.

На рисунке изображены термодинамические процес-сы цикла. В процессе изотермического расширения (1-2) при температуре T 1 , работа совершается за счет измене-ния внутренней энергии нагревателя, т. е. за счет подве-дения к газу количества теплоты Q :

A 12 = Q 1 ,

Охлаждение газа перед сжатием (3-4) происходит при адиабатном расширении (2-3). Изменение внутренней энергии ΔU 23 при адиабатном процессе (Q = 0 ) полностью преобразуется в механическую работу:

A 23 = -ΔU 23 ,

Температура газа в результате адиабатического рас-ширения (2-3) понижается до температуры холодильни-ка T 2

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector