Исследовательский проект по физике
« Эволюция тепловых двигателей»
Работая над проектом, я познакомился с историей создания тепловых двигателей, принципом действия, разнообразием и применением.
Цель исследования: выявить возможности применения тепловых двигателей
Для достижения цели были поставлены задачи:
- Изучить историю изобретения тепловых двигателей и их эволюцию;
- Выявить сферы применения;
- Изучить литературу разных источников;
- Сделать анализ всех фактов.
Тема актуальна, т.к. тепловой двигатель, является самыми распространёнными видом двигателя на сегодняшний день.
Объект исследования: тепловой двигатель
Предмет исследования: значение физических характеристик в изучении тепловых двигателей
Гипотеза: тепловой двигатель не потерял своей актуальности из-за постоянного усовершенствования.
Что такое Двигатели? Двигатель — это устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу. Термин «мотор» заимствован в первой половине XIX века из немецкого языка и преимущественно им называют электрические двигатели и двигатели внутреннего сгорания.
Классификация двигателей
Типы двигателей. Двигатели подразделяют на первичные и вторичные. К первичным двигателям относят непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы в механическую работу, а к вторичным — преобразующие энергию, выработанную или накопленную другими источниками. Двигатели прошли длительный путь развития, и на данный момент можно выделить пять видов тепловых двигателей.
Виды тепловых двигателей
Применение тепловых двигателей чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, ракеты, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Давайте проследим эволюцию тепловых двигателей.
История теплового двигателя
Изобретение первой паровой машины.
В 1773 году Уатт провёл испытания своего изобретения - паровой машины. В основе машины был паровой насос. С него ещё в 1698 году начали свой путь паровые машины. Но усовершенствования были заметны сразу. Потребление угля стало значительно ниже. Принцип действия таков: тепло, полученное при сгорании дерева или угля, нагревают до температуры кипения налитую в котёл воду , которая начинает превращаться в пар.(Ввёл мерку Лошадиные силы)
Паровые двигатели стали применяться в производстве и произвели НТР (научно-техническую революцию) в промышленности, но не сразу удалось применить их в транспорте.
Первый паровоз Ричарда Тревитика.
Первый паровоз был сконструирован в 1803 году английским изобретателем Ричардом Тревитиком. Масса паровоза составляла 5 тонн. Когда его начали использовать на конной чугунной дороге, он начал ломать рельсы. Через 5 лет Тревитик построил новый паровоз. Он назывался «Поймай меня, кто сможет!» и развивал скорость до 30 км/ч.
Паровозы Джорджа Стефенсона.
Огромную роль в развитии парового железнодорожного транспорта принадлежит английскому конструктору и изобретателю Джорджу Стефенсону. Паровозостроением он начал заниматься в 1814 году. Уже в 1823 году им был создан первый в мире завод по производству паровозов. Одним из его изобретений являлся паровоз «Ракета», занявший первое место на соревнованиях лучших локомотивов в 1829 году. Его мощность составляла 13 лошадиных сил, а максимальная скорость достигала 47км/ч.
Паровоз Черепановых.
В 1834 году, в России был построен паровоз, созданный крепостными мастерами-самоучками отцом и сыном Ефимом и Мироном Ефимовичем Черепановыми . Выпуск паровозов в нашей стране был прекращён только в 1956 году, так как они стали заменяться электровозами и тепловозами. Вместо паровых машин стали применять электрические двигатели (на электровозах) и двигатели внутреннего сгорания на (тепловозах).
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания является самым распространённым тепловым двигателем. Он работает не на угле, а на жидком топливе. Благодаря его изобретению, стало возможным появление безрельсового транспорта.
Строение двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания состоит из: 1)впускного клапана, 2)выпускного , 3) поршня, 4)шатуна, 5)коленчатого вала, 6) свечи.
Этапы работы четырёхтактного ДВС.
Один рабочий цикл в двигателе состоит из 4х этапов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.
Первый такт: В начале первого такта при повороте вала двигателя, поршень движется вниз, объём над поршнем увеличивается. Вследствие чего, в цилиндре создаётся разряжение. В это время открывается впускной клапан и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта, цилиндр заполняется горючей смесью, а впускной клапан закрывается.
Второй такт: Во втором такте при повороте вала, поршень движется вверх и сжимает горючую смесь. В конце второго такта, когда поршень дойдёт до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется(от электрической искры) и быстро сгорает.
Третий такт: Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз. Под действием расширяющихся нагретых газов двигатель совершает работу, поэтому этот такт называется рабочим ходом. Движение поршня передаётся шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком, получив сильный толчок. После этого маховик продолжает вращаться по инерции и перемещает скреплённый с ним поршень при следующих тактах.
Четвёртый такт: В конце третьего такта открывается выпускной клапан, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течении четвёртого такта, когда поршень движется вверх. В конце четвертого такта выпускной клапан закрывается.
Устройство паровой турбины. В современной технике широко применяется 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.
Использование паровой турбины. Паровые турбины применяются на тепловых электростанциях и на кораблях.
Реактивный двигатель
Устройство реактивного двигателя. Реактивный двигатель состоит из: компрессора, камеры сгорания, турбины, сопла. И делится на две секции: холодную
Использование реактивного двигателя. Существует два основных класса реактивных двигателей: Ракетные двигатели — содержат все компоненты рабочего тела на борту и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве. Поток воздуха направляется в сопло. Сопло реактивного двигателя формирует непосредственно реактивную струю. Классический реактивный двигатель — используется в основном на истребителях в различных модификациях. Турбовинтовой - такой двигатель позволяет большим самолетам летать на приемлемых скоростях и тратить меньше горючего.
Используется на лайнерах и больших самолетах.
Заключение
Тепловые двигатели играют важнейшую роль в жизни человечества. Они имеют широкое применение в хозяйственной, промышленной, военной сфере. Но кроме положительного эффекта от использования тепловых двигателей, имеется и отрицательный – загрязнение окружающей среды: повышение температуры атмосферы Земли, загрязнение земель сельскохозяйственного назначения, шумовые загрязнения, разлив нефти в воды мирового океана, выбросы канцерогенов. Люди стараются сделать как можно больше для сохранения природы: создают автомобили с полным сгоранием топлива и минимальным выбросом углекислого газа в атмосферу, а так же разрабатывают автомобили, в которых вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель, питающийся от аккумулятора, или двигатель в котором в качестве топлива используется водород (а при сгорании водорода образуется вода).
4 929
8 614 
