КПД тепловых двигателей

Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей. Предметник : Ногай М.О

Эпиграф к уроку :

Истина – это то, что выдерживает проверку опытом.

А. Эйнштейн

Что общего у автобуса и самолета, у автомобиля и ракеты?

Вывод:

Общим для них является двигатель и самый распространенный – тот, что работает за счет тепла, преобразуя тепловую энергию в механическую.

Тепловой двигатель

Смотри учебник физики, стр . 88

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

Тепловые двигатели

• Паровая и газовая

турбина

• Двигатель внутреннего сгорания
• Паровая машина

• Реактивный двигатель

История изобретения паровых машин

Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она использовалась в заводском производстве, а затем ее стали устанавливать на паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах.

Паровая машина Дэни Папена

В 1698 году он построил паровую машину, используя пороховой двигатель, заменив порох водой.

Томас Ньюкомен и его паровая машина

Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. После этого цикл повторялся.

Машина Ньюкомена оказалась на редкость удачной и использовалась по всей Европе более 50 лет.

Джеймс Уатт

В 1782 году Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Он использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара.

Паровая машина Уатта стала изобретением века, положившем начало к промышленной революции.

История изобретения турбин

В основе действия паровой турбины лежат два принципа создания усилия на роторе, известные с давних времен, реактивный и активный. В машине Бранке, построенной в 1629 году, струя пара приводила в движение колесо, напоминающее колесо водяной мельницы.

Паровая турбина Лаваля представляет собой колесо с лопатками. Пар под большим давлением вырывается из трубы (сопла), давит на лопатки и раскручивает колесо.

Паровая турбина Парсонса

Парсонс соединил паровую турбину с генератором электрической энергии. С помощью турбины стало возможно вырабатывать электричество, и это повысило интерес общества к тепловым турбинам. В результате 15-летних изысканий он создал наиболее совершенную по тем временам реактивную турбину.

Первое судно с паротурбинным двигателем – «Турбиния», - построенное Парсонсом в 1894 году развивало скорость около 59 км/час. С 1900 года турбины начали устанавливать на миноносцах, а после 1906 года все большие военные корабли оснащались турбинными двигателями.

Устройство паровоза

Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер — специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк-паровозом.

Первый паровоз, двигавшийся по рельсам был создан в 1804 году Тревитиком. Первая железная дорога, открытая в 1825 году между Стоктоном и Дарлингтоном, обслуживалась паровозами Стефенсона. Этот паровоз стал прообразом для всех дальнейших разработок паровозов.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя

В1824году французский ученый С. Карно показал, что в любой тепловой машине можно получить полезную работу лишь в том случае, если энергия путем теплообмена переходит от горячего тела к холодному ;

при этом лишь часть этой теплоты может пойти на совершение полезной работы.

КПД теплового двигателя

Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового 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 П – полезная работа,

Q 1 – количество теплоты, полученное от нагревателя,

Q 2 – количество теплоты, отданное холодильнику.

Распределение энергии.

КПД тепловых двигателей:

Паровая машина 8-12%

Паровая турбина 20-40%

Дизель 30-36%

ДВС 20-40%

Экологические проблемы использования тепловых машин

Топки тепловых электростанций,

• Топки тепловых электростанций,

двигатели внутреннего сгорания автомобилей,

• двигатели внутреннего сгорания автомобилей,

самолетов

• самолетов

выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества.

• выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества.

Эти вещества попадают в атмосферу,

• Эти вещества попадают в атмосферу,

а из нее - в различные части ландшафта.

• а из нее - в различные части ландшафта.

Экологические последствия работы тепловых двигателей .

Очистные сооружения, фильтры

Использование водородных двигателей

Охрана окружающей среды

Создание электромобилей

Применение катализаторов

Решение качественных задач:

1. Можно ли огнестрельное оружие отнести к тепловым двигателям?

2. Можно ли человеческий организм отнести к тепловым двигателям?

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

Решение задач

№ 1 Определите КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 1,89*10 7 Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2*10 6 Дж/кг.

Дано:

Решение:

А П = 1,89*10 7 Дж

m = 1 , 5 кг

q = 4,2*10 6 Дж/кг

ᵑ - ?

Ответ: ᵑ = 30%

Задачи

№ 1. Максимально возможный КПД тепловой машины, использующей нагреватель с температурой 527˚С, и холодильник с температурой 27˚С.

№ 2. Найдите температуру нагревателя, если КПД идеальной тепловой машины 80%, а температура холодильника 27˚С.

№ 3 . В идеальной тепловой машине температура нагревателя 420К, а холодильника 280К. Найдите работу, произведенную машиной, если от нагревателя взято 100000 кДж теплоты.

Сегодня на уроке:

• Тепловые двигатели и их классификация.
• Из истории тепловых машин.
• КПД тепловых двигателей.
• Решение задачи на определение КПД.

Сегодня на уроке я :

научился

мне понравилось

хотел бы попробовать сам  

Домашнее задание :

1. §22-26 прочитать.

2. Упражнение 13 письменно.

3. Подготовить реферат на тему:

1) Достижения науки и техники в строительстве паровых турбин.

2) Использование энергии Солнца на Земле.