???
1. Jakie urządzenie nazywa się silnikiem cieplnym?
2. Jaka jest rola grzałki, chłodnicy i płynu roboczego w silniku cieplnym?
3. Co nazywamy sprawnością silnika?
4. Jaka jest maksymalna wartość sprawności silnika cieplnego?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, klasa 10 z fizyki

Jeśli masz poprawki lub sugestie dotyczące tej lekcji,

Aby silnik działał, potrzebna jest różnica ciśnień po obu stronach tłoka silnika lub łopatek turbiny. We wszystkich silnikach cieplnych tę różnicę ciśnień uzyskuje się przez zwiększenie temperatury płynu roboczego o setki stopni w stosunku do temperatury otoczenia. Ten wzrost temperatury występuje podczas spalania paliwa.

Czynnikiem roboczym dla wszystkich silników cieplnych jest gaz (patrz § 3.11), który działa podczas rozprężania. Oznaczmy początkową temperaturę płynu roboczego (gazu). T 1 . Tę temperaturę w turbinach parowych lub maszynach uzyskuje się za pomocą pary wodnej w kotle parowym. W silnikach spalinowych i turbinach gazowych wzrost temperatury następuje podczas spalania paliwa wewnątrz samego silnika. Temperatura T 1 nazywana temperaturą grzałki.

Rola lodówki

Podczas wykonywania pracy gaz traci energię i nieuchronnie ochładza się do określonej temperatury. T 2 . Temperatura ta nie może być niższa niż temperatura otoczenia, w przeciwnym razie ciśnienie gazu spadnie poniżej ciśnienia atmosferycznego i silnik nie będzie mógł pracować. Zwykle temperatura T 2 nieco powyżej temperatury otoczenia. Nazywa się to temperaturą lodówki. Lodówka to atmosfera lub specjalne urządzenia do chłodzenia i skraplania pary wylotowej - skraplacze. W tym drugim przypadku temperatura lodówki może być nieco niższa niż temperatura atmosfery.

Tak więc w silniku płyn roboczy podczas rozprężania nie może oddać całej swojej energii wewnętrznej do wykonania pracy. Część energii jest nieuchronnie przekazywana do atmosfery (lodówki) wraz z parą wodną lub spalinami z silników spalinowych i turbin gazowych. Ta część energii wewnętrznej jest bezpowrotnie tracona. Dokładnie to mówi druga zasada termodynamiki Kelvina.

Schemat ideowy silnika cieplnego pokazano na rysunku 5.15. Korpus roboczy silnika odbiera ilość ciepła podczas spalania paliwa Q 1 , wykonuje pracę A" i przekazuje ilość ciepła do lodówki | Q 2 | <| Q 1 |.

Sprawność silnika cieplnego

Zgodnie z zasadą zachowania energii praca wykonana przez silnik wynosi

(5.11.1)

Gdzie Q 1 - ilość ciepła odbieranego z grzejnika, a Q 2 - ilość ciepła dostarczanego do lodówki.

Sprawność silnika cieplnego to stosunek pracy A", wykonywanej przez silnik, do ilości ciepła odbieranego z nagrzewnicy:

(5.11.2)

W turbinie parowej podgrzewaczem jest kocioł parowy, aw silnikach spalinowych produkty spalania samego paliwa.

Ponieważ we wszystkich silnikach pewna ilość ciepła jest przekazywana do lodówki, to η< 1.

Zastosowanie silników cieplnych

Największe znaczenie ma zastosowanie silników cieplnych (głównie turbin parowych dużej mocy) w elektrowniach cieplnych, gdzie napędzają one wirniki generatorów prądu elektrycznego. Około 80% całej energii elektrycznej w naszym kraju wytwarzane jest w elektrowniach cieplnych.

Silniki cieplne (turbiny parowe) są również instalowane w elektrowniach jądrowych. Na tych stacjach energia jąder atomowych jest wykorzystywana do wytwarzania pary o wysokiej temperaturze.

Silniki cieplne są stosowane głównie we wszystkich głównych rodzajach nowoczesnego transportu. W samochodach stosuje się tłokowe silniki spalinowe z zewnętrznym tworzeniem palnej mieszanki (silniki gaźnikowe) oraz silniki z tworzeniem palnej mieszanki bezpośrednio w cylindrach (diesle). Te same silniki są instalowane w ciągnikach.

W transporcie kolejowym do połowy XX wieku. głównym silnikiem był silnik parowy. Obecnie używane są głównie lokomotywy spalinowe i lokomotywy elektryczne. Ale lokomotywy elektryczne otrzymują również energię z silników cieplnych elektrowni.

Transport wodny wykorzystuje zarówno silniki spalinowe, jak i potężne turbiny dla dużych statków.

W lotnictwie silniki tłokowe są instalowane na lekkich samolotach, a silniki turbośmigłowe i odrzutowe, które również należą do silników cieplnych, są instalowane na ogromnych liniowcach. Silniki odrzutowe są również wykorzystywane w rakietach kosmicznych.

Współczesna cywilizacja jest nie do pomyślenia bez silników cieplnych. Nie mielibyśmy taniej energii elektrycznej i bylibyśmy pozbawieni wszelkiego rodzaju nowoczesnego, szybkiego transportu.

Działanie wielu typów maszyn charakteryzuje się tak ważnym wskaźnikiem, jak sprawność silnika cieplnego. Każdego roku inżynierowie dążą do stworzenia bardziej zaawansowanego sprzętu, który przy mniejszych nakładach dawałby maksymalny efekt z jego użytkowania.

Urządzenie silnika cieplnego

Zanim zrozumiesz, co to jest, konieczne jest zrozumienie, jak działa ten mechanizm. Nie znając zasad jego działania, nie można poznać istoty tego wskaźnika. Silnik cieplny to urządzenie, które działa przy użyciu energii wewnętrznej. Każdy silnik cieplny, który zamienia się w mechaniczny, wykorzystuje rozszerzalność cieplną substancji wraz ze wzrostem temperatury. W silnikach półprzewodnikowych możliwa jest nie tylko zmiana objętości materii, ale także kształt korpusu. Działanie takiego silnika podlega prawom termodynamiki.

Zasada działania

Aby zrozumieć, jak działa silnik cieplny, należy wziąć pod uwagę podstawy jego konstrukcji. Do działania urządzenia potrzebne są dwa korpusy: gorący (grzałka) i zimny (lodówka, chłodnica). Zasada działania silników cieplnych (sprawność silników cieplnych) zależy od ich typu. Często skraplacz pary działa jak lodówka, a każdy rodzaj paliwa spalany w piecu działa jak grzejnik. Sprawność idealnego silnika cieplnego oblicza się według następującego wzoru:

Wydajność = (Teating - Tcold.) / Theating. x 100%.

Jednocześnie sprawność rzeczywistego silnika nigdy nie może przekroczyć wartości uzyskanej według tego wzoru. Ponadto wskaźnik ten nigdy nie przekroczy powyższej wartości. Aby zwiększyć wydajność, najczęściej zwiększa się temperaturę grzałki i obniża temperaturę lodówki. Oba te procesy będą ograniczone przez rzeczywiste warunki pracy sprzętu.

Podczas pracy silnika cieplnego praca jest wykonywana, ponieważ gaz zaczyna tracić energię i ochładza się do określonej temperatury. Ta ostatnia jest zwykle kilka stopni powyżej otaczającej atmosfery. To jest temperatura lodówki. Takie specjalne urządzenie jest przeznaczone do chłodzenia z późniejszą kondensacją pary wylotowej. W przypadku obecności skraplaczy temperatura lodówki jest czasami niższa niż temperatura otoczenia.

W silniku cieplnym ciało po podgrzaniu i rozszerzeniu nie jest w stanie oddać całej swojej energii wewnętrznej do pracy. Część ciepła zostanie przekazana do lodówki wraz z parą wodną. Ta część termiczna jest nieuchronnie tracona. Podczas spalania paliwa płyn roboczy odbiera pewną ilość ciepła Q 1 z grzejnika. Jednocześnie nadal wykonuje pracę A, podczas której przekazuje część energii cieplnej do lodówki: Q 2

Sprawność charakteryzuje sprawność silnika w zakresie przetwarzania i przenoszenia energii. Wskaźnik ten jest często mierzony w procentach. Formuła wydajności:

η*A/Qx100%, gdzie Q to wydatkowana energia, A to praca użyteczna.

Na podstawie zasady zachowania energii możemy stwierdzić, że sprawność zawsze będzie mniejsza od jedności. Innymi słowy, nigdy nie będzie bardziej użytecznej pracy niż wydatkowana na nią energia.

Sprawność silnika to stosunek pracy użytecznej do energii dostarczonej przez grzałkę. Można to przedstawić w postaci następującej formuły:

η \u003d (Q 1 -Q 2) / Q 1, gdzie Q 1 to ciepło odbierane z grzejnika, a Q 2 jest podawane do lodówki.

Działanie silnika cieplnego

Pracę wykonaną przez silnik cieplny oblicza się ze wzoru:

ZA = |Q H | - |Q X |, gdzie A to praca, Q H to ilość ciepła odebranego z grzałki, Q X to ilość ciepła oddana do chłodnicy.

|Q H | - |Q X |)/|Q H | = 1 - |Q X |/|Q H |

Jest równy stosunkowi pracy wykonanej przez silnik do ilości otrzymanego ciepła. Podczas tego transferu część energii cieplnej jest tracona.

Silnik Carnota

Maksymalną wydajność silnika cieplnego odnotowano w przypadku urządzenia Carnota. Wynika to z faktu, że w tym układzie zależy ona tylko od temperatury bezwzględnej grzałki (Тн) i chłodnicy (Тх). Sprawność pracującego silnika cieplnego określona jest wzorem:

(Tn - Tx) / Tn = - Tx - Tn.

Prawa termodynamiki pozwoliły obliczyć maksymalną możliwą wydajność. Po raz pierwszy wskaźnik ten został obliczony przez francuskiego naukowca i inżyniera Sadi Carnota. Wynalazł silnik cieplny napędzany gazem idealnym. Działa w cyklu 2 izoterm i 2 adiabatów. Zasada jego działania jest dość prosta: styk grzałki doprowadzany jest do naczynia z gazem, w wyniku czego płyn roboczy rozszerza się izotermicznie. Jednocześnie działa i odbiera określoną ilość ciepła. Po ociepleniu naczynia. Mimo to gaz nadal się rozpręża, ale już adiabatycznie (bez wymiany ciepła z otoczeniem). W tym czasie jego temperatura spada do lodówki. W tym momencie gaz styka się z lodówką, w wyniku czego oddaje jej określoną ilość ciepła podczas kompresji izometrycznej. Następnie naczynie jest ponownie izolowane termicznie. W tym przypadku gaz jest sprężany adiabatycznie do pierwotnej objętości i stanu.

Odmiany

Obecnie istnieje wiele rodzajów silników cieplnych, które działają na różnych zasadach i na różnych paliwach. Wszystkie mają swoją własną wydajność. Należą do nich:

Silnik spalinowy (tłokowy), będący mechanizmem, w którym część energii chemicznej spalanego paliwa jest zamieniana na energię mechaniczną. Takie urządzenia mogą być gazowe i płynne. Istnieją silniki 2-suwowe i 4-suwowe. Mogą mieć ciągły cykl pracy. Zgodnie z metodą przygotowania mieszanki paliwowej takimi silnikami są gaźnik (z zewnętrznym tworzeniem mieszanki) i olej napędowy (z wewnętrznym). Według rodzajów konwerterów energii są one podzielone na tłok, strumień, turbinę, kombinację. Sprawność takich maszyn nie przekracza 0,5.

Silnik Stirlinga - urządzenie, w którym płyn roboczy znajduje się w zamkniętej przestrzeni. Jest to rodzaj silnika spalinowego. Zasada jego działania polega na okresowym ochładzaniu/ogrzewaniu ciała z wytwarzaniem energii w wyniku zmiany jego objętości. To jeden z najbardziej wydajnych silników.

Silnik turbinowy (obrotowy) z zewnętrznym spalaniem paliwa. Takie instalacje najczęściej spotyka się w elektrociepłowniach.

Turbinowe (obrotowe) silniki spalinowe są stosowane w elektrowniach cieplnych w trybie szczytowym. Nie tak powszechne jak inne.

Silnik turbośmigłowy generuje część ciągu dzięki śrubie napędowej. Reszta pochodzi ze spalin. Jego konstrukcja to silnik obrotowy, na wale którego osadzone jest śmigło.

Inne typy silników cieplnych

Rakietowe, turboodrzutowe i które otrzymują ciąg dzięki zawracaniu spalin.

Silniki półprzewodnikowe wykorzystują ciało stałe jako paliwo. Podczas pracy zmienia się nie jego objętość, ale kształt. Podczas pracy sprzętu wykorzystywana jest wyjątkowo mała różnica temperatur.

Jak możesz zwiększyć wydajność

Czy można zwiększyć sprawność silnika cieplnego? Odpowiedzi należy szukać w termodynamice. Zajmuje się badaniem wzajemnych przemian różnych rodzajów energii. Ustalono, że niemożliwe są wszystkie dostępne mechaniczne itp. Jednocześnie ich konwersja na energię cieplną odbywa się bez żadnych ograniczeń. Jest to możliwe dzięki temu, że natura energii cieplnej opiera się na nieuporządkowanym (chaotycznym) ruchu cząstek.

Im bardziej ciało się nagrzewa, tym szybciej poruszają się cząsteczki, które je tworzą. Ruch cząstek stanie się jeszcze bardziej chaotyczny. Poza tym wszyscy wiedzą, że porządek można łatwo zamienić w chaos, który bardzo trudno uporządkować.

Fizyka, klasa 10

Lekcja 25 Sprawność silników cieplnych

Lista pytań rozważanych na lekcji:

1) Koncepcja silnika cieplnego;

2) Urządzenie i zasada działania silnika cieplnego;

3) sprawność silnika cieplnego;

4) Cykl Carnota.

Powiązany słownik

Silnik cieplny - urządzenie, w którym energia wewnętrzna paliwa jest zamieniana na energię mechaniczną.

efektywność ( współczynnik sprawności) jest stosunkiem pracy użytecznej wykonanej przez ten silnik do ilości ciepła odbieranego z grzałki.

Silnik spalinowy- silnik, w którym paliwo spala się bezpośrednio w komorze roboczej (wewnątrz) silnika.

Silnik odrzutowy- silnik, który wytwarza siłę pociągową niezbędną do ruchu, przekształcając energię wewnętrzną paliwa w energię kinetyczną strumienia płynu roboczego.

Cykl Carnota jest idealnym procesem kołowym składającym się z dwóch procesów adiabatycznych i dwóch izotermicznych.

Podgrzewacz- urządzenie, z którego ciało robocze otrzymuje energię, której część jest wykorzystywana do wykonywania pracy.

Lodówka- korpus pochłaniający część energii płynu roboczego (otoczenie lub specjalne urządzenia do chłodzenia i skraplania pary wylotowej, tj. skraplacze).

ciało robocze- ciało, które rozszerzając się, działa (jest to gaz lub para)

Literatura podstawowa i dodatkowa na temat lekcji:

1. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Sotsky N.N. Fizyka Klasa 10. Podręcznik dla ogólnych organizacji edukacyjnych M.: Edukacja, 2017. - S. 269 - 273.

2. Rymkiewicz A.P. Zbiór problemów z fizyki. 10-11 klasa. -M.: Drop, 2014. - S. 87 - 88.

Otwórz zasoby elektroniczne na temat lekcji

Materiał teoretyczny do samodzielnej nauki

Opowieści i mity różnych narodów świadczą o tym, że ludzie zawsze marzyli o szybkim przemieszczaniu się z miejsca na miejsce lub szybkim wykonywaniu tej czy innej pracy. Do osiągnięcia tego celu potrzebne były urządzenia zdolne do pracy lub poruszania się w przestrzeni. Obserwując otaczający ich świat, wynalazcy doszli do wniosku, że aby ułatwić poród i szybko się poruszać, konieczne jest wykorzystanie energii innych ciał, na przykład wody, wiatru itp. Czy można wykorzystać energię wewnętrzną prochu lub innego rodzaju paliwa do własnych celów? Jeśli bierzemy probówkę, wlewamy do niej wodę, zamykamy korkiem i podgrzewamy. Po podgrzaniu woda zagotuje się, a powstająca para wodna wypchnie korek. Para rozszerza się i działa. W tym przykładzie widzimy, że energia wewnętrzna paliwa została przekształcona w energię mechaniczną poruszającego się korka. Zastępując korek tłokiem poruszającym się wewnątrz tuby, a samą rurkę cylindrem, otrzymamy najprostszy silnik cieplny.

Silnik cieplny - Silnik cieplny to urządzenie, w którym energia wewnętrzna paliwa jest zamieniana na energię mechaniczną.

Przypomnij sobie budowę najprostszego silnika spalinowego. Silnik spalinowy składa się z cylindra, wewnątrz którego porusza się tłok. Tłok jest połączony z wałem korbowym za pomocą korbowodu. Na górze każdego cylindra znajdują się dwa zawory. Jeden z zaworów nazywa się wlotem, a drugi wylotem. Aby zapewnić płynny skok tłoka, na wale korbowym zamontowane jest ciężkie koło zamachowe.

Cykl pracy silnika spalinowego składa się z czterech cykli: wlotu, sprężania, suwu mocy, wydechu.

Podczas pierwszego suwu zawór wlotowy otwiera się, podczas gdy zawór wydechowy pozostaje zamknięty. Ruchomy w dół tłok zasysa palną mieszankę do cylindra.

W drugim suwie oba zawory są zamknięte. Poruszający się w górę tłok ściska palną mieszankę, która nagrzewa się podczas sprężania.

W trzecim suwie, gdy tłok znajduje się w górnym położeniu, mieszanka jest zapalana przez iskrę elektryczną świecy. Zapalona mieszanina tworzy gorące gazy, których ciśnienie wynosi 3-6 MPa, a temperatura osiąga 1600-2200 stopni. Siła nacisku popycha tłok w dół, którego ruch jest przenoszony na wał korbowy za pomocą koła zamachowego. Po otrzymaniu silnego pchnięcia koło zamachowe będzie nadal obracać się bezwładnie, zapewniając ruch tłoka podczas kolejnych uderzeń. Podczas tego skoku oba zawory pozostają zamknięte.

W czwartym suwie zawór wydechowy otwiera się, a spaliny są wypychane przez poruszający się tłok przez tłumik (nie pokazany na rysunku) do atmosfery.

Każdy silnik cieplny zawiera trzy główne elementy: grzejnik, płyn roboczy, lodówkę.

Aby określić sprawność silnika cieplnego, wprowadza się pojęcie sprawności.

Sprawność to stosunek pracy użytecznej wykonanej przez dany silnik do ilości ciepła odbieranego z nagrzewnicy.

Q 1 - ilość ciepła odbieranego z ogrzewania

Q 2 - ilość ciepła dostarczonego do lodówki

jest pracą wykonaną przez silnik na cykl.

Ta wydajność jest rzeczywista, tj. właśnie ten wzór służy do scharakteryzowania rzeczywistych silników cieplnych.

Znając moc N i czas pracy silnika t, pracę wykonaną na cykl można znaleźć ze wzoru

Przeniesienie niewykorzystanej części energii do lodówki.

W XIX wieku, w wyniku prac nad ciepłownictwem, francuski inżynier Sadi Carnot zaproponował inny sposób wyznaczania sprawności (poprzez temperaturę termodynamiczną).

Główne znaczenie tego wzoru jest takie, że jakikolwiek rzeczywisty silnik cieplny pracujący z grzejnikiem o temperaturze T 1 i lodówką o temperaturze T 2 nie może mieć sprawności przekraczającej sprawność idealnego silnika cieplnego. Sadi Carnot, zastanawiając się, w którym procesie zamkniętym silnik cieplny będzie miał maksymalną wydajność, zaproponował wykorzystanie cyklu składającego się z 2 procesów adiabatycznych i 2 izotermicznych

Cykl Carnota jest najbardziej wydajnym cyklem o maksymalnej wydajności.

Nie ma silnika cieplnego, który ma sprawność 100% lub 1.

Wzór podaje teoretyczną granicę maksymalnej wartości sprawności silników cieplnych. Pokazuje to, że silnik cieplny jest bardziej wydajny, im wyższa temperatura grzałki, a niższa temperatura lodówki. Tylko wtedy, gdy temperatura lodówki jest równa zeru bezwzględnemu, η = 1.

Ale temperatura lodówki praktycznie nie może być niższa niż temperatura otoczenia. Możesz zwiększyć temperaturę grzejnika. Jednak każdy materiał (ciało stałe) ma ograniczoną odporność na ciepło lub odporność na ciepło. Po podgrzaniu stopniowo traci swoje właściwości sprężyste i topi się w wystarczająco wysokiej temperaturze.

Obecnie główne wysiłki inżynierów skierowane są na zwiększenie sprawności silników poprzez zmniejszenie tarcia ich części, strat paliwa w wyniku jego niecałkowitego spalania itp. Realne możliwości zwiększenia sprawności są tu nadal duże.

Zwiększenie sprawności silników cieplnych i zbliżenie jej do maksimum to najważniejsze wyzwanie techniczne.

Silniki cieplne - turbiny parowe, są również instalowane we wszystkich elektrowniach jądrowych do produkcji pary o wysokiej temperaturze. Wszystkie główne rodzaje nowoczesnego transportu wykorzystują głównie silniki cieplne: w samochodach - tłokowe silniki spalinowe; na wodzie - silniki spalinowe i turbiny parowe; na kolei - lokomotywy z instalacjami spalinowymi; w lotnictwie - silniki tłokowe, turboodrzutowe i odrzutowe.

Porównajmy charakterystyki wydajnościowe silników cieplnych.

Silnik parowy - 8%.

Turbina parowa - 40%.

Turbina gazowa - 25-30%.

Silnik spalinowy - 18-24%.

Silnik wysokoprężny - 40–44%.

Silnik odrzutowy - 25%.

Powszechne stosowanie silników cieplnych nie przechodzi bez śladu dla środowiska: stopniowo spada ilość tlenu, a zwiększa się ilość dwutlenku węgla w atmosferze, powietrze jest zanieczyszczone związkami chemicznymi szkodliwymi dla zdrowia człowieka. Istnieje zagrożenie zmianą klimatu. Dlatego znalezienie sposobów na zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska jest obecnie jednym z najpilniejszych problemów naukowych i technicznych.

Przykłady i analiza rozwiązywania problemów

1 . Jaka jest średnia moc rozwijana przez silnik samochodu, jeśli przy prędkości 180 km/h zużycie benzyny wynosi 15 litrów na 100 kilometrów, a sprawność silnika wynosi 25%?

Klasa: 10

Rodzaj lekcji: Lekcja nauki nowego materiału.

Cel lekcji: Wyjaśnij zasadę działania silnika cieplnego.

Cele Lekcji:

Edukacyjne: zapoznanie studentów z rodzajami silników cieplnych, wykształcenie umiejętności wyznaczania sprawności silników cieplnych, ukazanie roli i znaczenia TD we współczesnej cywilizacji; uogólnić i poszerzyć wiedzę uczniów na temat zagadnień środowiskowych.

Rozwój: rozwijaj uwagę i mowę, popraw umiejętności prezentacji.

Edukacyjne: zaszczepienie w uczniach poczucia odpowiedzialności za przyszłe pokolenia, w związku z czym należy rozważyć wpływ silników cieplnych na środowisko.

Wyposażenie: komputery dla uczniów, komputer nauczyciela, rzutnik multimedialny, sprawdziany (w Excelu), Fizyka 7-11 Biblioteka elektronicznych pomocy wizualnych. „Cyryla i Metodego”.

Temat naszej lekcji to „Silniki cieplne”. (Slajd 1)

Dzisiaj przypomnimy rodzaje silników cieplnych, rozważymy warunki ich efektywnego działania i porozmawiamy o problemach związanych z ich masowym zastosowaniem. (Slajd 2)

Zanim przejdziesz do nauki nowego materiału, sugeruję sprawdzić, jak jesteś do tego przygotowany.

Ankieta z przodu:

- Podaj pierwszą zasadę termodynamiki. (Zmiana energii wewnętrznej układu podczas jego przejścia z jednego stanu do drugiego jest równa sumie pracy sił zewnętrznych i ilości ciepła przekazanego do układu. U \u003d A + Q)

– Czy gaz może się nagrzewać lub ochładzać bez wymiany ciepła z otoczeniem? Jak to się stało? (Dla procesów adiabatycznych).(Slajd 3)

– Napisz pierwszą zasadę termodynamiki w następujących przypadkach: a) wymiana ciepła między ciałami w kalorymetrze; b) podgrzewanie wody na lampie alkoholowej; c) nagrzewanie ciała po uderzeniu. ( A) A=0,Q=0, U=0; b) A=0, U=Q; c) Q=0, U=A)

- Rysunek przedstawia cykl wykonywany przez gaz doskonały o określonej masie. Narysuj ten cykl na wykresach p(T) i T(p). W jakich częściach cyklu gaz oddaje ciepło, aw jakich pochłania?

(W sekcjach 3-4 i 2-3 gaz oddaje część ciepła, aw sekcjach 1-2 i 4-1 ciepło jest pochłaniane przez gaz.) (Slajd 4)

Wszystkie zjawiska i prawa fizyczne znajdują zastosowanie w codziennym życiu człowieka. Zapasy energii wewnętrznej w oceanach i skorupie ziemskiej można uznać za praktycznie nieograniczone. Ale posiadanie tych rezerw to za mało. Konieczna jest kosztem energii możliwość wprawienia w ruch urządzeń zdolnych do wykonania pracy. (Slajd 5)

Co jest źródłem energii? (różne paliwa, energia wiatrowa, słoneczna, pływowa)

Istnieją różne typy maszyn, które w swojej pracy realizują przemianę jednego rodzaju energii w inny.

Silnik cieplny to urządzenie, które zamienia energię wewnętrzną paliwa na energię mechaniczną. (Slajd 6)

Rozważ urządzenie i zasadę działania silnika cieplnego. Silnik cieplny pracuje cyklicznie.

Każdy silnik cieplny składa się z grzejnika, płynu roboczego i lodówki. (Slajd 7)

Sprawność w pętli zamkniętej (slajd 8)

Q 1 - ilość ciepła otrzymanego z ogrzewania Q 1 > Q 2

Q 2 - ilość ciepła dostarczonego do lodówki Q 2

ZA / = Q 1 - | Q 2 | czy praca wykonywana przez silnik przypada na jeden cykl?< 1.

Cykl C. Carnot (slajd 9)

T 1 - temperatura ogrzewania.

T 2 - temperatura lodówki.

Silniki cieplne są stosowane głównie we wszystkich głównych rodzajach nowoczesnego transportu. W transporcie kolejowym do połowy XX wieku. głównym silnikiem był silnik parowy. Obecnie używane są głównie lokomotywy spalinowe i lokomotywy elektryczne. W transporcie wodnym początkowo stosowano również silniki parowe, obecnie stosuje się zarówno silniki spalinowe, jak i potężne turbiny na duże statki.

Największe znaczenie ma zastosowanie silników cieplnych (głównie turbin parowych dużej mocy) w elektrowniach cieplnych, gdzie napędzają one wirniki generatorów prądu elektrycznego. Około 80% całej energii elektrycznej w naszym kraju wytwarzane jest w elektrowniach cieplnych.

Silniki cieplne (turbiny parowe) są również instalowane w elektrowniach jądrowych Turbiny gazowe są szeroko stosowane w rakietach, w transporcie kolejowym i drogowym.

W samochodach stosuje się tłokowe silniki spalinowe z zewnętrznym tworzeniem palnej mieszanki (silniki gaźnikowe) oraz silniki z tworzeniem palnej mieszanki bezpośrednio w cylindrach (diesle).

W lotnictwie silniki tłokowe są instalowane na lekkich samolotach, a silniki turbośmigłowe i odrzutowe, które również należą do silników cieplnych, są instalowane na ogromnych liniowcach. Silniki odrzutowe są również wykorzystywane w rakietach kosmicznych. (Slajd 10)

(Pokazuje klipy wideo z działania silnika turboodrzutowego.)

Rozważmy bardziej szczegółowo działanie silnika spalinowego. Wyświetlanie klipu wideo. (Slajd 11)

Działanie czterosuwowego silnika spalinowego.
1 suw: wlot.
2 uderzenia: kompresja.
3 suw: skok roboczy.
4 uderzenia: zwolnij.
Urządzenie: cylinder, tłok, wał korbowy, 2 zawory (wlotowy i wylotowy), świeca.
Martwe punkty - skrajne położenie tłoka.
Porównajmy charakterystyki wydajnościowe silników cieplnych.

• Silnik parowy - 8%
• Turbina parowa - 40%
• Turbina gazowa - 25-30%
• Silnik spalinowy - 18-24%
• Silnik Diesla – 40–44%
• Silnik odrzutowy – 25% (slajd 112)

Silniki cieplne i ochrona środowiska (slajd 13)

Systematyczny wzrost pojemności energetycznych – coraz większe rozprzestrzenianie się ujarzmionego ognia – powoduje, że ilość wydzielanego ciepła staje się porównywalna z innymi składnikami bilansu cieplnego atmosfery. Nie może to nie prowadzić do wzrostu średniej temperatury na Ziemi. Rosnące temperatury mogą grozić topnieniem lodowców i katastrofalnym wzrostem poziomu mórz. Ale to nie wyczerpuje negatywnych konsekwencji stosowania silników cieplnych. Rośnie emisja do atmosfery mikroskopijnych cząstek – sadzy, popiołu, rozdrobnionego paliwa, co prowadzi do nasilenia „efektu cieplarnianego” w wyniku wzrostu stężenia dwutlenku węgla w długim okresie czasu. Prowadzi to do wzrostu temperatury atmosfery.

Toksyczne produkty spalania emitowane do atmosfery, produkty niecałkowitego spalania paliw kopalnych, mają szkodliwy wpływ na florę i faunę. Szczególnym zagrożeniem pod tym względem są samochody, których liczba niepokojąco rośnie, a oczyszczanie spalin jest utrudnione.

Wszystko to stwarza szereg poważnych problemów dla społeczeństwa. (Slajd 14)

Konieczna jest poprawa sprawności konstrukcji, które zapobiegają emisji szkodliwych substancji do atmosfery; osiągnąć pełniejsze spalanie paliwa w silnikach samochodowych, a także zwiększyć efektywność wykorzystania energii, zaoszczędzić ją w produkcji iw domu.

Alternatywne silniki:

• 1. Elektryczny
• 2. Silniki zasilane energią słoneczną i wiatrową (slajd 15)

Sposoby rozwiązywania problemów środowiskowych:

Stosowanie paliwa alternatywnego.

Korzystanie z alternatywnych silników.

Poprawa środowiska.

Edukacja kultury ekologicznej. (Slajd 16)

Wszyscy będziecie musieli zdać ujednolicony egzamin państwowy już za rok. Proponuję rozwiązać kilka zadań z części A demonstracji fizyki na rok 2009. Zadanie znajdziesz na pulpitach swoich komputerów.

Od zbudowania pierwszej maszyny parowej minęło ponad 240 lat. W tym czasie silniki cieplne znacznie zmieniły treść ludzkiego życia. To właśnie użycie tych maszyn pozwoliło ludzkości wkroczyć w kosmos i odkryć tajemnice głębin morskich.

Daje oceny z pracy na zajęciach.

Przed wyjściem z zajęć prosimy o wypełnienie tabeli.

Pracowałem w klasie	aktywny pasywny
Dzięki mojej pracy w klasie I	szczęśliwy/nie szczęśliwy
Lekcja wydawała mi się	krótki długi
na lekcję I	nie zmęczony / zmęczony
Przeczytaj także Jazda próbna Skoda Octavia III: przefiltrowane światło Przydatne i szkodliwe produkty, rozumiemy, co można jeść, a czego nie. Dlaczego prawidłowe odżywianie jest tak ważne? Cilantro: rośnie w domu i na otwartym polu Jakie są zalety nasion arbuza