Autoservice-mekona.ru

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

Устройства принцип действия и характеристики тепловых двигателей

Тепловые машины

Условия работы тепловых двигателей. Устройство и работа паровой турбины. Коэффициент полезного действия теплового двигателя. Устройство поршня двигателя внутреннего сгорания, коэффициент его полезного действия. Двигатель Дизеля. Реактивные двигатели.

  • посмотреть текст работы «Тепловые машины»
  • скачать работу «Тепловые машины» (реферат)

Подобные документы

Тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию. Зависимость теплового расширения вещества от температуры. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, двигателя Дизеля, паровой машины, паровой и газовой турбины и реактивного двигателя.

реферат, добавлен 14.03.2011

Тепловые двигатели и их применение. Условия, необходимые для работы тепловых двигателей. Паросиловая станция. Паровой котел. Паровая турбина. Поршневая паровая машина. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Двигатель Дизеля. Реактивные двигатели.

реферат, добавлен 01.12.2008

Основные устройства, которые служат для преобразования одного вида энергии в другой. Внутренняя энергия тепловых машин. Принцип действия паровой турбины, газовой турбины, двигателя внутреннего сгорания, дизеля, паровой машины и реактивного двигателя.

презентация, добавлен 26.12.2012

История создания паровой машины. Двигатели с возвратно-поступательным движением, использующие энергию пара для перемещения поршня в герметичной камере или цилиндре. Сфера применения паровых турбин. Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя.

реферат, добавлен 25.06.2015

Условия, необходимые для работы тепловых двигателей. Характеристика паросиловой станции, паровых котлов и турбин, поршневой паровой машины; учет расходуемой энергии и коэффициенты полезного действия. Принципы работы двигателей на различных видах топлива.

реферат, добавлен 01.11.2010

Принципы работы судовых двигателей, устройство двигателей внутреннего сгорания и их классификация. Конструктивные узлы и системы двигателя, схема работы четырехтактного и двухтактного дизеля, сравнение двигателей. Недостатки четырехтактных двигателей.

реферат, добавлен 17.11.2014

Устройство и принцип действия двигателей постоянного тока. Технические данные двигателей. Сущность и специфика регулировочных, скоростных, механических и моментных характеристик работы двигателя. Описание изменения коэффициента полезного действия.

контрольная работа, добавлен 28.03.2015

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Основные типы ДВС. Устройство двигателей высокого и низкого сжатия. Процесс сгорания топливной смеси в дизеле. Жесткая работа дизеля как одна из основных особенностей процесса сгорания в дизелях.

реферат, добавлен 06.08.2015

Характеристика основных термодинамических процессов. Уравнение адиабаты для идеального газа. Краткая история развития тепловых двигателей. Виды тепловых машин внешнего и внутреннего сгорания, принцип их работы. Коэффициент полезного действия устройств.

реферат, добавлен 23.06.2016

Общая характеристика и принцип действия паровой машины. «Баня Герона» как первое известное устройство, приводимое в движение паром. Значение паровых машин в истории промышленности. Устройство, схема и принципы работы двигателя внутреннего сгорания.

презентация, добавлен 27.11.2014

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • »

Принцип действия тепловых двигателей. КПД

Урок 57. Физика 10 класс

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Принцип действия тепловых двигателей. КПД»

В восьмом классе мы уже затрагивали тему тепловых двигателей. Напомним, что тепловым двигателем называется устройство, в котором внутренняя энергия топлива преобразуется в механическую энергию.

Для примера рассмотрим газ, находящийся в цилиндре под поршнем. Очевидно, что для того, чтобы привести поршень в движение, необходима разность давления по обе стороны поршня. В тепловых двигателях эта разность достигается путем повышения температуры газа. Нагретый газ обладает достаточно большой внутренней энергией и, расширяясь, совершает работу.

Однако, по мере расширения газ охлаждается, теряя свою внутреннюю энергию. Конечно, для нормальной работы двигателя необходима цикличность. То есть, после совершения работы, газ необходимо перевести в первоначальное состояние.

Итак, принципиальная схема работы теплового двигателя такова: от нагревателя рабочему телу (то есть газу) передается некоторое количество теплоты.

Под этим подразумевается сжигание топлива, в результате которого температура газа повышается на сотни градусов. Внутренняя энергия газа увеличивается и, за счет неё он совершает работу до тех пор, пока не охладится до температуры холодильника (роль холодильника, как правило, выполняет окружающая среда). Очевидно, что газ не может потерять всю свою внутреннюю энергию (если только не охладится до абсолютного нуля). Поэтому, некоторое количество теплоты будет передано холодильнику.

Важными характеристиками теплового двигателя являются следующие величины: количество теплоты, полученное от нагревателя, температура нагревателя (то есть температура образовавшегося газа), температура холодильника, количество теплоты, переданное холодильнику и полезная работа. Полезная работа определяется как разность между количеством теплоты, полученным от нагревателя и количеством теплоты, отданном холодильнику:

Конечно же, любой двигатель характеризуется такой величиной как коэффициент полезного действия. Для теплового двигателя коэффициент полезного действия равен отношению совершенной двигателем работы к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Если мы подставим в это уравнение выражение для полезной работы, то убедимся, что КПД теплового двигателя не может быть больше единицы (то есть не может превышать 100%):

Для наглядности мы можем изобразить графически работу теплового двигателя.

Законы термодинамики позволяют вычислить максимальный возможный КПД для данного теплового двигателя. Впервые это сделал ученый и инженер Сади Карно. Карно справедливо рассудил, что максимальный КПД будет у идеализированной тепловой машины. В этой тепловой машине рабочим телом был идеальный газ, а цикл состоял из двух изотерм и двух адиабат:

Таким образом, цикл Карно описывает максимальную возможную работу газа с минимальными потерями энергии. Итак, максимальный возможный КПД данной тепловой машины определяется отношением разности температуры нагревателя и температуры холодильника к температуре нагревателя:

Необходимо отметить, что в данном уравнении следует использовать абсолютную температурную шкалу. Как видно из формулы, и этот КПД не может быть больше единицы, если только температура холодильника не равна абсолютному нулю. Исходя из всего выше перечисленного, мы можем заключить следующее: КПД любого теплового двигателя не может превышать КПД идеального теплового двигателя.

Примеры решения задач.

Задача 1. Температура холодильника равна 20 ℃. Какова должна быть температура нагревателя, чтобы стало возможным достичь значения КПД теплового двигателя, равное 85%?

Задача 2. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 45 МДж. Если КПД этого двигателя составляет 55%, то, сколько литров бензина было израсходовано на совершение данной работы? Плотность бензина равна 710 кг/м 𝟑 .

Тепловые двигатели. 8-й класс

Разделы: Физика

Читать еще:  Ваз 2106 двигатель не развивает обороты на ходу

Класс: 8

Цель урока: изучение устройства, принципа действия и назначения тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.

Задачи:

  • Образовательные:
    • выявить возможность превращения внутренней энергии в механическую в процессе решения поставленной ситуации;
    • дать определение теплового двигателя;
    • выяснить принцип действия теплового двигателя;
    • познакомиться с устройством теплового двигателя;
    • выяснить назначение теплового двигателя.
  • Развивающие:
    • развитие логического мышления; умения анализировать, сравнивать, систематизировать информацию;
  • Воспитательные:
    • способствовать формированию культуры умственного труда;
    • формировать ответственность в выполнении учебной задачи.

Предметные результаты: понимание физических основ устройства и принципа действия теплового двигателя.

Метапредметные результаты: анализ учебного текстового материала; составление схемы теплового двигателя.

Личностные результаты: представление о роли теплового двигателя в жизни человека, понимание важности охраны окружающей среды.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, мультимедийный проектор, Приложение 1 (презентация в программе Power Point), Приложение 2 (флеш-анимации в программе Smart notebook), модель теплового двигателя.

1. Организационный момент

Взаимодействуют с учителем

2. Актуализация темы (постановка учебной проблемы)

Ситуация. Что произойдет, если нагревать пробирку с водой, плотно закрытую пробкой?
Эксперимент 1.
Постановка цели урока

Выдвигают гипотезы, включаются в диалог с учителем по формированию учебной проблемы

3. Изучение нового материала

Каким образом сконструировать машину, которая могла бы совершать полезную работу?
Эксперимент 2.
Вводится понятие теплового двигателя.
Рассматривается принцип действия и устройство теплового двигателя. Разновидности тепловых двигателей.
Вводится понятие КПД теплового двигателя. Сравниваются эксплуатационные характеристики тепловых двигателей.

Учащиеся наблюдают, выдвигают гипотезы, делают выводы.

Работают с конспектом.

Учащиеся слушают и записывают в тетрадь

4. Первичное закрепление нового материала (решение качественных и расчетных задач)

Какие устройства называют ТД?
Можно ли огнестрельное оружие отнести к ТД?
Можно ли организм человека отнести к ТД?
КПД = 45% ? Что это значит?
Задача №1140 (Лукашик В.И.)

Отвечают на вопросы, обсуждают, доказывают.

5. Первичная проверка знаний

Выполнение компьютерного теста (на интерактивной доске)

6. Итог. Рефлексия

Что изучали на уроке?
Что вас удивило?
Что больше всего понравилось?
Какое открытие вы сегодня сделали?
Выставление оценок. Благодарность учащимся за работу.

Анализируют свою деятельность на уроке

7. Организация работы дома

  1. §21-24.
  2. Подготовить сообщения об истории создания ТД.
  3. Экологические проблемы, связанные с применением тепловых двигателей.

Записывают домашнее задание

1. Организационный момент

2. Актуализация темы (постановка учебной проблемы).

Ситуация. Что произойдет, если нагревать пробирку с водой, плотно закрытую пробкой?
Учащиеся выдвигают гипотезы.

Эксперимент 1. Укрепляем на подставке пробирку. Наливаем в неё воды и плотно заткнём пробкой. Под пробиркой зажигаем горелку. Вода закипает и вышибает пробку. При горении выделяется теплота. Эта теплота израсходуется на повышение температуры воды в пробирке до температуры кипения воды и на её испарение. Пар давит на пробку, при этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию пробки. Делаем вывод; тепловая энергия превращается в механическую энергию (Приложение 1, слайд 1). Приведите примеры ситуаций, когда внутренняя энергия переходит в механическую и наоборот.

Учитель. На этом принципе основана работа оружия. Например, пушка Архимеда. А каким образом сконструировать машину, которая могла бы совершать полезную работу, например, перевозить груз?
В ходе эвристической беседы приходим к выводу, что пробирку можно заменить цилиндром, а пробку – поршнем. Таким образом, мы приходим к понятию теплового двигателя. Вместе с учащимися формулируется цель урока – изучение машины, которая могла бы совершать полезную работу за счет внутренней энергии.

3. Изучение нового материала

Тепловым двигателем называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Учитель. Что можно сказать о длительности процесса в рассмотренном примере? (кратковременный)
Что нужно сделать, чтобы движение продолжалось? (повторять процесс перехода внутренней энергии в механическую энергию, т.е. всю систему нужно перевести в исходное состояние).

Эксперимент 2. Демонстрируется опыт или отрывок учебного фильма (создан совместно с учащимися 8 класса). При нагревании колбы в горячей воде, воздух расширяется и выталкивает воду из U – образной трубки и поплавок поднимается. Если опустить колбу в холодную воду, то воздух снова сжимается. Процесс можно повторить. Сделаем вывод: для того, чтобы вернуть систему в исходное состояние, ее необходимо охлаждать, т.е. чтобы процесс мог повториться всю систему нужно перевести в исходное состояние Рассмотренный принцип используется в тепловых двигателях (слайд 2).

Учитель. Рассмотрим принцип работы теплового двигателя на модели двигателя внутреннего сгорания. Отмечаем, что в двигателе внутреннего сгорания топливо быстро сгорает непосредственно внутри цилиндра. При этом горячие газы производят большое давление как на стенки цилиндра, так и на подвижный поршень.

Учащиеся работают в тетрадях, изображают принцип работы теплового двигателя (слайд 3). 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.
После этого с помощью интерактивной модели (Приложение 2) изучаем четыре такта ДВС (слайд 4). Подчеркивается роль рабочего хода и роль маховика в накоплении энергии для осуществления последующих ходов поршня.

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.
Учащиеся работают с учебником, знакомятся с устройством теплового двигателя: цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана (впуск и выпуск), свеча. 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.

Читать еще:  Чем проверить давление масла в двигателе ваз 2110

Учитель. Тепловые двигатели имеют широкое применение. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели. Они приводят в движение самолеты, ракеты, тепловозы, паровозы, наземный и водный транспорт. Рассматривается классификация тепловых двигателей (слайд 5). На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с дизельными установками и электровозы. На водном транспорте также использовались вначале паровые двигатели, сейчас используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные турбины для крупных судов.

Учитель. Для описания тепловых процессов мы используем понятие «энергия». На данный момент, с физической точки зрения, почти все процессы изучены и поставлены на службу человеку. Сегодня мы говорим о превращениях энергии. Давайте повторим, какие превращения энергии мы сегодня уже рассматривали? Как называются машины, предназначенные для этих превращений энергии? Известно, что никогда невозможно достичь условия полного превращения или преобразования одного вида энергии в другой. Почему? Какая физическая величина определяет долю пользы от затрат в любых процессах?
Вводится понятие КПД теплового двигателя (слайд 6):

Где Ап– полезная работа, Q1 – количество теплоты, полученное от нагревателя, Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику.

Тепловые двигатели. Второй закон термодинамики

1. Принцип действия и основные элементы теплового двигателя

В курсе физики основной школы вы уже познакомились с различными видами тепловых двигателей и их устройством. Тепловые двигатели сыграли большую роль в истории человечества и сохраняют огромное значение сегодня. Они движут автомобили, вращают турбины тепловых электростанций, разгоняют космические корабли.

Принцип действия теплового двигателя

Тепловые двигатели названы так потому, что в них сжигают топливо (например, газ или бензин) для получения высокой температуры. Она нужна для того, чтобы увеличить давление газа, который совершает работу при расширении (например, двигая поршень, соединенный передаточным механизмом с ведущими колесами автомобиля). Этот газ называют рабочим телом.

При расширении газу передается количество теплоты Q1. На рисунке 43.1 график зависимости p(V) при расширении газа схематически показан красной линией. Как вы уже знаете, работа Aг, совершенная при этом газом, численно равна площади фигуры под этим графиком (на рисунке она закрашена).

Действие теплового двигателя имеет циклический характер, то есть представляет собой последовательность повторяющихся одинаковых процессов. Поэтому после того, как газ расширился, совершив работу, его надо сжать до прежнего объема, чтобы он снова смог совершить работу при следующем расширении.

Сжимая газ, надо совершать работу над газом. Чтобы двигатель совершал полезную работу, работа по сжатию газа должна быть меньше работы газа при его расширении. Для этого надо сжимать газ при меньшем давлении. А чтобы уменьшить давление газа, надо понизить его температуру, Для этого при сжатии надо охлаждать газ, то есть отбирать у него некоторое количество теплоты Q2.

График зависимости p(V) при сжатии более холодного газа изображен на графике (рис. 43.2) синей линией. Работа Aвнеш внешних сил, совершаемая при этом над газом, численно равна площади фигуры под этим графиком (на рисунке она закрашена).

Полезная работа Aпол совершенная двигателем за один цикл, равна разности работы газа Aг и работы внешних сил Aвнеш:

Из этого соотношения следует, что полезная работа численно равна площади, заключенной внутри цикла в координатах p, V. Она закрашена на рисунке 43.3.

Подсказка. Воспользуйтесь первым законом термодинамики и тем, что при возвращении в начальное состояние внутренняя энергия газа не изменилась.

Основные элементы теплового двигателя

Итак, тепловой двигатель состоит из следующих основных элементов (рис. 43.4).

  • Нагреватель – сжигаемое топливо. Нагреватель имеет высокую температуру T1 и при контакте с рабочим телом передает ему количество теплоты Q1.
  • Рабочее тело – обычно газ.
  • Холодильник – обычно окружающий воздух или вода водоема. Температура T2 холодильника ниже температуры нагревателя: T2 0, коэффициент полезного действия любого теплового двигателя меньше 100 %.

? 2. За некоторое время нагреватель передал рабочему телу количество теплоты 5 кДж, а рабочее тело отдало холодильнику количество теплоты 4 кДж. Чему равен КПД?

Максимально возможный КПД теплового двигателя

Исследуя различные циклические процессы, французский ученый С. Карно доказал, что

максимально возможный коэффициент полезного действия теплового двигателя

В этой формуле T1 – температура нагревателя, а T2 – температура холодильника.

Как увеличить КПД теплового двигателя? Из формулы (5) следует, что этого можно достичь двумя способами: повышая температуру T1 нагревателя и понижая температуру T2 холодильника. Какой способ более эффективен?

Чтобы ответить на этот вопрос, заметим, что температура холодильника T2 не может быть ниже температуры окружающего воздуха, поэтому особенно сильно понизить ее невозможно. Следовательно, единственно возможный путь – повышать насколько возможно температуру T1 нагревателя. Однако и тут есть ограничение: температура нагревателя не должна превышать температуру плавления материалов, из которых изготовлен двигатель.

Формула (5) соответствует максимально возможному КПД теплового двигателя. У реальных тепловых двигателей он существенно меньше максимально возможного. Например, КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 30–40 %.

? 3. Чему равен максимально возможный КПД теплового двигателя, если температура нагревателя 1000 ºС, а температура холодильника 20 ºC?

3. Пример расчета КПД цикла

Вычисление КПД для циклов реальных тепловых двигателей требует использования высшей математики. Мы рассмотрим упрощенный циклический процесс a – b – c – d – a, происходящий с идеальным одноатомным газом (рис. 43.5).

Прежде чем начинать расчеты, проведем качественное рассмотрение.

? 4. В следующей таблице приведены качественные характеристики некоторых этапов указанного циклического процесса. Перенесите таблицу в тетрадь и объясните содержание заполненных ячеек таблицы. Заполните остальные ячейки.

Итак, мы видим, что газ получает от нагревателя некоторое количество теплоты только на этапах a – b и b – c.

Напомним теперь, что коэффициент полезного действия равен отношению полезной работы Aпол к полученному от нагревателя количеству теплоты Q. Мы установили,что это количество теплоты газ получил в процессе a – b – c.

Согласно первому закону термодинамики:

где Aг и ∆U – работа газа и изменение его внутренней энергии в процессе a – b – c.

? 5. Чему равна работа газа Aг в процессе a – b – c?
Подсказка. Воспользуйтесь тем, что работа газа численно равна площади фигуры под графиком зависимости p(V).

Для нахождения изменения внутренней энергии газа воспользуемся формулой (§ 42):

В состоянии с произведение давления газа на его объем равно 2p * 2V = 4pV, а в состоянии a это произведение равно pV. Следовательно,

? 6. Чему равно количество теплоты Q, полученное газом от нагревателя за один цикл?
Подсказка. Воспользуйтесь формулой (6), результатом задания 4 и формулой (7).

Для нахождения КПД осталось найти полезную работу газа за один цикл.

? 7. Чему равна полезная работа газа за один цикл?
Подсказка. Воспользуйтесь тем, что полезная работа численно равна площади, заключенной внутри цикла в координатах (p, V).

Теперь можно найти КПД данного цикла.

? 8. Чему равен КПД данного цикла?
Подсказка. Воспользуйтесь результатами заданий 5–7.

4. Второй закон термодинамики

Обратимые и необратимые процессы и явления Среди происходящих вокруг нас явлений есть такие, которые могут протекать практически одинаково как в прямом, так и в обратном направлении во времени – как в фильме, который показывают в обратном порядке, от конца к началу. Такие явления называют обратимыми.

Явления же, которые могут протекать только в одном направлении, называют необратимыми.

Практически обратимыми являются механические явления, в которых очень мала роль трения: например, колебания груза на нити или на пружине.

Если заснять их, а затем показывать фильм в обратном порядке, зрители не заметят «обращения времени»: им будет казаться, что они наблюдают реальный процесс.

Однако те механические явления, в которых трение играет существенную роль, являются необратимыми: если показывать фильм о таких явлениях в обратном порядке, зрители сразу же это заметят.

Например, при прямом показе фильма катящийся по траве мяч замедляется и останавливается, а при обратном показе лежащий на траве мяч вдруг ни с того ни с сего начинает катиться, причем с возрастающей скоростью.

Среди тепловых явлений также есть обратимые и необратимые. Например, при адиабатном сжатии и расширении газа (то есть при отсутствии теплопередачи) газ ведет себя подобно пружине: если надавить на поршень, под которым находится газ в теплоизолированном цилиндрическом сосуде, а затем отпустить поршень, то он начнет совершать колебания – как груз на пружине.

Однако те тепловые явления, в которых существенную роль играет теплопередача, нельзя рассматривать как обратимые даже приближенно, так как теплопередача направлена всегда в одну сторону – от горячего тела к холодному.

Поскольку трение или теплопередача в той или иной степени присутствуют в любом процессе, все происходящие в природе процессы являются необратимыми. Например, колебания груза, подвешенного на нити или на пружине, могут продолжаться довольно долго, но постепенно они затухают и в конце концов прекращаются.

Второй закон термодинамики

Необратимость процессов обусловлена тем, что более упорядоченное состояние вещества со временем переходит в менее упорядоченное. (Закономерность такого перехода обосновывается с помощью теории вероятностей, но это обоснование выходит за рамки нашего курса.)

Например, вследствие трения кинетическая энергия тела, движущегося как единое целое, превращается в энергию хаотического движения молекул. При теплопередаче упорядоченность также уменьшается: у тел с разной температурой молекулы «рассортированы» по энергиям (средняя энергия молекул одного тела больше средней энергии молекул другого тела), а после выравнивания температур средние энергии молекул обоих тел становятся одинаковыми.

Утверждение о необратимости процессов в природе называют вторым законом термодинамики. Есть несколько равноценных с физической точки зрения формулировок этого закона. Например, немецкий ученый Р. Клаузиус предложил такую формулировку:
невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача некоторого количества теплоты от холодного тела к горячему.

В этой формулировке речь идет о передаче некоторого количества теплоты как единственном результате. Домашний холодильник осуществляет передачу тепла в обратном направлении – от холодных продуктов в морозильной камере к теплому окружающему воздуху, но при этом электродвигатель холодильника потребляет электроэнергию, которая вырабатывается на электростанции. Выработка же электроэнергии сопровождается необратимыми процессами. Поэтому охлаждение продуктов в морозильной камере – не единственный результат всего процесса.

5. Энергетический и экологический кризисы

Энергетический кризис понимают как недостаток энергии для развития промышленного производства. Он является сегодня одной из острых проблем цивилизации. Но как согласовать энергетический кризис с законом сохранения энергии: ведь если энергия сохраняется, то как ее может не хватать?
Дело в том, что энергетический кризис состоит прежде всего в недостатке энергии, пригодной для преобразования в механическую. Например, мы видели, что при работе тепловых двигателей происходит преобразование химической энергии топлива в механическую энергию, которая затем превращается в энергию хаотического движения частиц. Это преобразование энергии является необратимым.

Запасы топлива на нашей планете неуклонно уменьшаются: например, разведанных запасов нефти при нынешнем темпе ее использования хватит всего на несколько десятилетий. Таким образом, энергетический кризис является следствием необратимости процессов, происходящих в природе и технике.

Не менее серьезной проблемой, стоящей перед человечеством, является экологический кризис.

Огромные масштабы преобразования энергии уже начали оказывать воздействие на климат Земли и состав атмосферы.

Во всех тепловых двигателях в качестве холодильника используется окружающая среда (атмосферный воздух и вода открытых водоемов). В результате происходит повышение температуры окружающей среды, называемое тепловым загрязнением (рис. 43.6).

Оно усугубляется тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в земной атмосфере. В результате атмосфера не пропускает в космическое пространство тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли. Из-за этого возникает так называемый парниковый эффект, вследствие которого температура может повыситься еще больше.

Ученые установили, что средняя температура на Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Одной из причин этого может быть работа большого и все возрастающего количества тепловых двигателей – в основном на электростанциях и в автомобилях. Это грозит глобальным потеплением с весьма нежелательными последствиями. К их числу относятся таяние ледников и подъем уровня мирового океана.

Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется необходимый для жизни атмосферный кислород, а также образуются вредные вещества, загрязняющие атмосферу. Качество воздуха в больших городах оставляет желать лучшего.

Чтобы смягчить негативные последствия работы тепловых двигателей, стараются максимально повысить их КПД и уменьшить выбросы вредных веществ.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector