В чем польза тепловых двигателей

Тепловые машины – основа нашей индустриальной цивилизации. Они приводят в движение автомобили и корабли, вырабатывают ток на электростанциях, дают энергию для работы предприятий. Вместе с тем, использование тепловых машин – причина серьезных экологических проблем, которые становятся все острее.

Что такое тепловая машина

Тепловая машина (ТМ) – тип двигателя, преобразующий тепло в полезную работу. Он состоит из трех элементов:

• нагревателя;
• холодильника;
• рабочего тела.

Тепловые двигатели (ТД) распространены повсеместно: на транспорте, в энергетике, промышленности. Изобретение паровой машины привело к индустриальной революции XVIII-XIX столетий, радикально изменило облик нашего мира.

Как работает тепловой двигатель

Работа теплового двигателя основана на способности веществ расширяться при повышении температуры. В качестве рабочего тела в ТД используется газ, который нагревается за счет сжигания топлива.

Работа двигателя равна разности подведенного и отведенного тепла. Коэффициент полезного действия – это отношение работы к теплу, подведенному к системе. Принцип действия тепловых машин основан на 1-м и 2-м законе термодинамики.

Вредные вещества

Для работы тепловых двигателей чаще всего применяется ископаемое топливо или продукты его переработки: уголь, газ, мазут, бензин, керосин и др. Они никогда не сгорает на 100%, и остатки загрязняют окружающую среду.

Не меньший вред наносят продукты сгорания. При работе ТМ выделяются следующие виды вредных веществ:

• сажа;
• углекислый газ;
• угарный газ;
• оксид азота;
• соединения свинца;
• формальдегид;
• бензол.

Атомные электростанции – также тепловые машины, в которых для нагревания рабочего тела используются ядерные реакции. Их эксплуатация связана с опасностью загрязнения окружающей среды радиоактивными материалами.

Виды загрязнений

Выбросы токсичных веществ – главный негативный фактор воздействия тепловых машин на окружающую среду.

В процессе сжигания топлива расходуется много кислорода, что приводит к уменьшению его количества в воздухе. В странах с развитой промышленностью двигатели и турбины потребляют кислорода больше, чем его успевают выделять растения.

Тепловое загрязнение

При работе любого двигателя внешнего или внутреннего сгорания выделяется много тепла, что приводит к «тепловому загрязнению».

Последствия для экологии

Тепловые машины – один из главных источников загрязнения окружающей среды. Экологические проблемы при использовании ТД носят комплексный характер – токсичные выбросы отравляют воздух, почву и воду.

Атмосфера принимает на себя первый удар. Тепловые машины ежегодно выбрасывают в окружающую среду около 60 млн тонн оксидов серы и примерно 200 млн тонн сажи. Количество окисей азота, соединений свинца, углеводородов также исчисляется миллионами тонн.

В 2018 году в атмосферу было выброшено 33,9 млрд тонн углекислого газа, что на 2% больше, чем годом ранее. Он считается одной из главных причин парникового эффекта и изменения климата.

Токсические вещества из атмосферы попадают в почву или воду. Они меняют их химический состав, что самым негативным образом сказывается на живых организмах.

Влияние на живые организмы

Например, свинец, который добавляют в моторное топливо, является сильнейшим канцерогеном. Аналогичными свойствами обладает хром, бром и их соединения.

Соединения азота и серы, вступая в реакции с влагой воздуха, образуют ядовитые кислоты. Именно они – причина кислотных дождей, которые убийственно действуют на почву и растительность.

Пути решения проблемы

Можно утверждать, что ТД породили современное индустриальное общество. При этом необходимость их замены с каждым днем становится все более очевидной. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды плохо сочетаются друг с другом.

Автобус на электрической тяге

Альтернативы для этого уже есть: тепловые электростанции можно заменить солнечными панелями, а автомобили с ДВС – электрокарами.

Такой переход потребует много времени и еще больше ресурсов, но результат оправдает эти затраты.

Теплоэнергетика

Предприятия теплоэнергетики следует вынести за границы населенных пунктов. От этого они не будут выделять в атмосферу меньше вредных веществ, но их концентрация в городах станет меньше.

Следует отказаться от наиболее «грязного» вида ископаемого топлива – каменного угля. Природный газ дает меньше выбросов сажи и других вредных веществ. Хорошей альтернативой является водород, однако технологии его получения и использования пока не отработаны.

Выбросы автомобилей

Вполне реально уменьшить вред, который окружающей среде и здоровью людей наносят автомобили с ДВС. Эффективным методом является жесткий контроль качества моторного топлива. Уже сегодня во многих странах запрещена продажа бензина с добавками свинца.

Существуют стандарты по количеству вредных веществ в выхлопных газах самих автомобилей. Они зависят от конструкции двигателя и системы зажигания, наличия нейтрализаторов.

Хорошим решением является перевод транспорта на различные виды природных газов.

Уменьшить загазованность в населенных пунктах позволяет правильная организация дорожного движения. Установлено, что большая часть выбросов происходит во время нахождения машин в «пробках».

Альтернативная энергетика

Доля «зеленой» энергии в мировой генерации с каждым годом увеличивается.

Защита атмосферы

Для защита атмосферы от вредных выбросов сегодня используется несколько методов. Чтобы уменьшить концентрацию выбросов, трубы делают выше. Куда более эффективно работают различные фильтры, улавливающие отходы. Однако такая очистка достаточно дорого стоит и также не дает полной гарантии.

Плюсы и минусы использования тепловых двигателей

Сложно себе представить современный мир без достижений науки и техники. Прогресс достиг небывалых высот. Особое место в развитии человечества занимает создание теплового двигателя. Вместе с ним человечество вошло в новую эпоху, в эпоху машин и электричества. Зародившись еще в XVIII веке, он и по сей день имеет огромное значение для нас.

Конечно, за это время наука шагнула вперед. Были изобретены новые разновидности двигателей, усовершенствованы старые, но основные принципы, применяющиеся в конструкции, остались неизменными. Существует множество разновидностей тепловых машин. Несмотря на это, можно выделить общие особенности работы, характерные для всех типов.

Движение создается за счет нагревание газов или жидкостей, что приводит к изменению их объема. Расширяясь или сужаясь, продукты теплового воздействия осуществляют давление на поршень или турбину, которые таким образом приводятся в движение.

Разновидностей тепловых двигателей

Двигатели внешнего сгорания:

1. Двигатель Стерлинга. Основной принцип заключается в процессе нагревания и охлаждения вещества в замкнутом пространстве при помощи внешних источников тепла.
2. Паровые машины. Используется сила давления пара, образующегося при нагревании воды. При этом камера для сгорания топлива находится отдельно от рабочей камеры.

Двигатели внутреннего сгорания:

1. Поршневой. Способом получения механической энергии является процесс сгорания топлива внутри рабочей камеры. В результате этого приводятся в движение поршни. Основное место применения – современные автомобили.
2. Роторный. В отличие от поршневого двигателя воздействие оказывается на ротор. Применяется в конструкции электростанций, а также в некоторых автомобилях.
3. Реактивный двигатель. Используется принцип тяги, возникающий при выбросе отработанных газов в процессе сгорания топлива. Применяется в ракетостроении.

Тепловые двигатели имеют как преимущества, так и недостатки.

Преимущества использования тепловых двигателей

• Простота. Работа тепловых механизмов основана на простых и понятных принципах. Используются физические явления, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни: процессы охлаждения и нагревания жидкостей, газов, что приводит к уменьшению или увеличению их объема. Как известно, чем проще механизм, тем он надежней, и, что немаловажно, его легче ремонтировать.
• Автономность. Одним из наиважнейших преимуществ является автономность. При помощи транспортных средств человек может не ограничивать себя в передвижении. Это возможно благодаря тому, что двигатель может быть установлен на любой платформе. Он самодостаточен и не требует постоянной связи с какими-либо дополнительными источниками энергии.
• Эффективность. На сегодняшний день это одна из самых эффективных разновидностей двигателей. Поэтому применение очень обширно: начиная с газонокосилки или бензопилы, и заканчивая современными автомобилями, электростанциями, космическими ракетами.
• Источник энергии. Тепловые машины используются в качестве источника электроэнергии. Это могут быть как маленькие генераторы, обеспечивающие электричеством отдельно взятый дом, так и большие электростанции, которые снабжают целые города. Поэтому можно сказать, что другие типы двигателей, например электродвигатели, в какой-то степени зависят от тепловых.
• Компактность. Благодаря высокой эффективности тепловые двигатели, при относительно небольших габаритах, обладают хорошими характеристиками. Это также послужило причиной их широкого распространения во всех сферах человеческой жизни.



Недостатки тепловых двигателей

Помимо плюсов тепловые машины имеют и недостатки.

Низкий КПД

Конструкция двигателей такого типа предполагает использование внутренней энергии топлива. Часть этой энергии переходит в механическое действие, то есть совершает полезную работу. Но большая часть расходуется впустую.
Отношение энергии потраченной в пустую к энергии совершающей полезную работу и называют коэффициентом полезного действия. Это приводит к тому, что топливо не может расходоваться максимально эффективно.

Загрязнение окружающей среды

Одним из самых больших недостатков в настоящее время является загрязнение окружающей среды. В процессе горения выделяются вредные вещества: азот, сера. Вместе с ними в атмосферу попадают и другие вредные вещества, а также металлы, которые добавляются в топливо, чтобы улучшить его качество.
Стоит обратить внимание и на то, что происходит выделение большого количества тепла. Это сильно влияет на изменение климата планеты. Такие изменения принято называть глобальным потеплением. К сожалению, глобальное потепление может грозить тяжелыми последствиями для экологии.
Немаловажно и то, что для своего функционирования двигатели поглощают большие объемы кислорода, взамен возвращая углекислый газ.
Если учесть, насколько тепловые машины распространены в мире, становится понятно как велико их негативное влияние на глобальную экологическую обстановку.
Для сохранения экологии начинают приниматься меры по ограничению применения тепловых двигателей. Например, в некоторых странах ограничивается использование автомобилей на определенных территориях. Ужесточаются требования к уровню экологического загрязнения теми или иными двигателями.

Вывод

В наши дни огромные усилия тратятся на то, чтобы улучшить положительные моменты и уменьшить негативное влияние тепловых машин. Несмотря на несовершенство конструкции, они по сей день остаются незаменимыми для нас, и останутся такими еще на долгое время.

В чем польза теплового двигателя

Экологические проблемы, провоцируемые тепловыми машинами, появляются за счет физических особенностей данных механизмов. Им для выполнения работы необходима тепловая энергия. Термин «тепловая машина» – объемен, включает разнообразные устройства, окружающие нас ежедневно. Котел парового отопления, самолет, тепловоз – все они относятся к тепловым машинам.

Даже холодильник можно отнести к разряду тепловых машин. Он перемещает тепло из холодильной камеры на радиатор, расположенный на задней стенке. При роботе отмечается минимальный нагрев воздуха вокруг холодильника. Но изменения показателей температуры незначительны, а также отсутствует выброс загрязняющих веществ в атмосферу.

Где можно встретить тепловые двигатели?

Теплодвигатели встречаются повсеместно. Их распространенность настолько велика, что подчас мы их просто не замечаем. Приведем несколько примеров:

• двигатели внутреннего сгорания в автомобилях;
• паровые турбины водного транспорта;
• турбореактивные двигатели самолетов.

Массовое распространение теплодвигателей стало причиной быстрого развития тепловой промышленности, а соответственно привело к усиленному негативному воздействию на окружающую среду.

Разновидностей тепловых двигателей

Двигатели внешнего сгорания:

1. Двигатель Стерлинга. Основной принцип заключается в процессе нагревания и охлаждения вещества в замкнутом пространстве при помощи внешних источников тепла.
2. Паровые машины. Используется сила давления пара, образующегося при нагревании воды. При этом камера для сгорания топлива находится отдельно от рабочей камеры.

Двигатели внутреннего сгорания:

1. Поршневой. Способом получения механической энергии является процесс сгорания топлива внутри рабочей камеры. В результате этого приводятся в движение поршни. Основное место применения – современные автомобили.
2. Роторный. В отличие от поршневого двигателя воздействие оказывается на ротор. Применяется в конструкции электростанций, а также в некоторых автомобилях.
3. Реактивный двигатель. Используется принцип тяги, возникающий при выбросе отработанных газов в процессе сгорания топлива. Применяется в ракетостроении.

Тепловые двигатели имеют как преимущества, так и недостатки.

Что это значит?

Окружающая среда – это то, что находится вокруг вас, и то, как оно влияет на ваше развитие.

Говоря научным языком, окружающая среда – это комплекс окружающих человека или другой живой организм физических, географических, биологических, социальных, культурных и политических условий, который определяет форму и характер его существования.

Окружающая среда влияет на жизнь людей и развитие общества в целом. Вследствие этого люди, прогресс, развитие и окружающая среда тесно взаимосвязаны.

Окружающая среда может также нести в себе угрозу. Загрязненный воздух, инфекции, передающиеся с водой, токсичные химические вещества и природные катастрофы представляют собой только часть тех угроз для человечества, которые таит в себе окружающая среда.

Во многих странах загрязнение природных ресурсов, земли, воды и лесов> происходит с угрожающей скоростью, и если все это исчезнет, то исчезнет навсегда.

Если мы хотим, чтобы развитие было устойчивым, т.е. удовлетворяло сегодняшние потребности, не ставя под угрозу возможности будущих поколений, страны должны заботиться не только об экономическом прогрессе, но и о защите окружающей среды.

В борьбе с нищетой одним из важных аспектов является забота об окружающей среде во всем мире, так как самые неимущие живут в наиболее уязвимых регионах.

Почему это касается меня?

Подумайте об этом

Одна из проблем, связанных с окружающей средой

Чрезмерный рыбный промысел может на несколько лет увеличить доход рыбаков. Однако если рыбу не сберегать должным образом и если это приведет к уничтожению рыболовства, то гораздо большее число людей лишится источника дохода и основных продуктов питания.

Каждый год в мире:

• три миллиона человек преждевременно умирают из-за инфекций, передающихся с водой;
• только в одной Индии свыше 700 000 детей в возрасте до 5 лет умирают от диареи;
• два миллиона человек умирают от того, что они вдыхают дым от плит, расположенных внутри жилища. Около половины таких смертей приходится на Индию и Китай. В основном жертвами являются женщины и дети из семей сельских бедняков, не имеющих доступа к чистой воде, санитарии и современным видам топлива для хозяйственных нужд;
• один миллион человек, в основном в странах Африки к югу от Сахары, умирает от малярии;
• один миллион человек умирает от загрязненного городского воздуха.
• Согласно докладу Всемирной организации здравоохранения «Глобальное бремя болезней», в развивающихся странах причиной 20% смертей являются респираторные инфекции, диарея и малярия.

Читать еще:  Авто фотон какие двигатели

Более серьезные последствия загрязнения воздуха включают в себя:

• уничтожение рыбного промысла;
• повреждение посевов зерновых культур;
• рост производственных затрат у предприятий, которым приходится очищать воздух и воду, чтобы обеспечить должное качество продукции.

Природные катастрофы небывалой силы (торнадо, наводнения, ураганы) становятся все более частым явлением, затрагивающим жизнь как никогда ранее большого числа людей. Бедняки в наибольшей степени подвержены вредному воздействию окружающей среды.

По мере того, как люди перемещаются из сельских районов в большие города, острота экологических проблем будет возрастать. Зачастую стремительный рост городов за счет сельских жителей, которые меняют место жительства в поисках лучшей работы и условий жизни, приводит к ухудшению и без того ужасных условий жизни в трущобах.

Что делает международное сообщество?

• Экологическая устойчивость является одной из важнейших глобальных проблем и одной из Целей в области развития, сформулированных в Декларации тысячелетия ООН.
• Многие организации занимаются поиском способов сохранения природных ресурсов, с тем чтобы ими могли пользоваться не только мы, но и будущие поколения.
• Международные организации, такие как Всемирный банк, сотрудничают с развивающимися странами, помогая им решать экологические проблемы и задачи, возникающие по мере развития этих стран.
• Судьба общины зависит от природных катастроф
• Природная катастрофа в мгновение ока может изменить судьбу общины и уничтожить результаты многолетних усилий в области развития.

• В мае 2008 года в китайской провинции Сычуань произошло землетрясение, которое унесло жизни более чем 69 000 человек и оставило миллионы людей без крыши над головой.
• Цунами, произошедшее в декабре 2004 года в Индийском океане, опустошило прибрежные зоны стран, омываемых океаном, причинило огромный ущерб деревням и городам, в результате чего выжившие остались без крова.

Страны и общества могут по-разному расставлять приоритеты в отношении окружающей среды, но их решения в любом случае должны основываться на тщательном анализе и участии всех социальных групп, которые могут быть затронуты этими решениями.

Сохранение баланса и одновременное продвижение по пути обеспечения экономического, социального и экологического развития, является сложным делом, зачастую требующим сложных компромиссов. Эти компромиссы между поколениями, социальными группами и странами влияют на то, как разные люди воспринимают устойчивое развитие.

Забота о здоровой окружающей среде во всем мире — одно из основных направлений в деятельности Всемирного банка по борьбе с нищетой. В рамках этой деятельности особое значение имеет решение задачи по улучшению окружающей среды для того, чтобы миллионы людей могли жить в более здоровых условиях.

Всемирный банк предоставляет кредиты странам на реализацию проектов по защите окружающей среды. Кроме того, при выделении денег на проекты в целях развития Всемирный банк требует экологических гарантий.

Международные инициативы, касающиеся окружающей среды:

• Глобальный экологический фонд (ГЭФ) занимается вопросами сохранения биологического разнообразия, изменения климата, веществами, разрушающими озоновый слой, а также вопросами, касающимися международных вод.
• Целевой фонд Многостороннего фонда для осуществления Монреальского протокола работает над решением проблемы обращения вспять процесса разрушения озонового слоя Земли.
• В рамках Углеродного финансирования, являющегося частью международных усилий по борьбе с изменением климата, ведется работа по созданию мирового углеродного рынка в целях сокращения выбросов парниковых газов.
• Фонд партнерского сотрудничества по охране важнейших экосистем сотрудничает с развивающимися странами для сохранения биологического разнообразия в наиболее уязвимых районах.
• Союз Всемирного банка и Всемирного фонда дикой природы для сохранения и устойчивого использования лесных ресурсов нацелен на создание и защиту районов, находящихся в наибольшей опасности, а также сертификацию продуктивных лесов в качестве устойчивых.

Читать еще:  Графики внешней характеристики двигателя

Что могу сделать я?

Станьте активистом ради своей планеты! Для начала изучите вопрос о том, действительно ли «хорошие товары» являются таковыми, посетив сайт, где вы найдете результаты исследований вещей, которыми мы пользуемся каждый день.

Дополнительная информация на веб-сайте Всемирного банка

Садовый магазин для дачи в Хорошёво-Мневники (ЗАО, СЗАО, САО)

Помимо интернет витрины в Москве действует наш шоурум, в котором каждый сможет получить квалифицированную и исчерпывающую консультацию по всей номенклатуре. Любой новый вопрос для нас опыт. За время работы мы обработали тысячи запросов и ответили на громадное количество вопросов.

Специалисты компании являются экспертами в области садовой и парковой техники. Мы стремимся учитывать все замечания клиентов и всегда делаем предпродажную подготовку. Это важно, т.к. заботимся о наших клиентах, их времени и, как следствие, о наших нервах.

По некоторым позициям предлагаем тест-драйв, например вы сможете прокатиться на садовом тракторе или попробовать органы управления снегоуборщика. В нашем магазине вы обнаружите комфортные условия при выборе инструмента, достойное обслуживание и дружескую атмосферу.

Мы являемся официальным дилером всех представляемых брендов, поэтому все изделия официальные и сопровождаются соответствующими финансовыми документами и гарантийными обязательствами.

Сервисный центр

Помимо поиска качественного инструмента в интернет магазине, Вы также можете получить комплексное техническое обслуживание по имеющимся у вас агрегатам. Сервис менеджер подберет необходимую запчасть или примет инструмент в ремонт.

У нас одни из лучших цен на ремонт и техобслуживание, многолетний опыт механиков и эффективная система поставки запасных частей. Наличие тех центра дает нам возможность объемного предоставления услуг нашим покупателям.

Тем самым обеспечивается длительное и надежное партнерство.

Одноразовый лазер

Идея рентгеновского лазера с ядерной накачкой неочевидна, парадоксальна и одновременно красива, как и многие другие идеи в ядерном оружии.

Если близко от ядерного взрыва находится длинный и тонкий металлический стержень, то мощное излучение мгновенно превратит его в полностью ионизированную плазму, что и требуется для рабочего тела рентгеновского лазера.

Само собой, плазма начнет расширяться со скоростью 50 км/с, что очень быстро для нас, но очень медленно для процессов лазерной накачки.

Если начальный диаметр стержня составит доли миллиметра, то потребуется около 30 наносекунд (прямо нанотехнологии какие-то), чтобы создать условия для возникновения индуцированного излучения продолжительностью импульса не более наносекунды. За это время диаметр расширяющегося стержня еле превысит миллиметр.

Атомы могут находиться в различных энергетических состояниях. При переходе из возбужденного состояния в основное атом испускает квант света. Благодаря этому явлению мы видим пламя – и костра и факела ракетного двигателя.

Кроме самопроизвольных переходов с одного энергетического уровня на другой, могут произойти и вынужденные, обуслов¬ленные действием на атом падающего на него излучения. Само¬произвольные переходы могут осуществляться только в одном направлении — с более высоких уровней на более низкие.

Вынужденные переходы могут происходить как в одном, так и в другом направлении. В случае перехода на более высокий уровень атом поглощает падающее на него излучение.

При вынужденном переходе с одного из возбужденных уровней на более низкий энергетический уровень происходит излучение атомом фотона, дополнительного к тому фотону, под действием которого произошел переход. Это дополнительное излучение назы¬вается выну-жденным (или индуцированным). Вынужденное излучение обладает весьма важными свойствами.

По частоте, фазе и поляризации оно совпадает с таковыми излучения вызвавшего переход: вынужденное и внешнее излучения когерентны. Эта особенность вынужден¬ного излучения лежит в основе действия усилителей и генераторов света, называемых лазерами.

Эйнштейн в 1917 году показал, что соотношение между вероятностями спонтанного и индуциро¬ванного излучения обратно пропорционально кубу длины волны. Выход лучистой энергии ядерного взрыва реализуется в основном в рентгеновской части электромагнитного спектра.

Для таких коротких волн требуемая энергия накачки очень высока, но у ядерного взрыва ее много! Рентгеновские лазеры — им¬пульсные, с малой длительностью генерации. При огромной плотности энергии активная среда лазера может быть только плазмой, причем полностью ионизованной.

Когда плазма после ядерного взрыва начинает охлаждаться, быстрее других частиц охлаждаются электроны. После достаточного понижения температуры электронов, начинается процесс рекомбинации. Для некоторых уровней при этом и реализуются индуцированные переходы, из-за чего такой тип лазера называют рекомбинационным.

Плотность электронов не должна быть слишком высокой, чтобы обеспе¬чить условия инверсной населенности. Дело в том, что с увеличением энергии состояния населенность уров¬ня — количество атомов в этом состоянии — уменьшается. Число переходов между двумя уров¬нями пропорционально населенности исходного уровня. В системе атомов, находящейся в термодинамическом равно¬весии, поглощение волны накачки может и преобладать над вынужденным излучением, так что волна накачки при про¬хождении через вещество ослабляется. Для усиления же нужно, чтобы в состоянии с большей энергией находилось большее число ато¬мов, чем в состоянии с меньшей энергией. В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную населенность. Такое возможно для ато¬мов таких элементов, как железо, цинк, медь.

Длины волн квантов, излучаемых при индуцированных переходах в этих элементах – немногим более десятка ангстрем.

Подобное, очень «мягкое», излучение поглощается в субмикронных слоях металлов, так что механизм поражения им цели – тепловой взрыв на ее поверхности.

Но малая длина пробега — и недостаток: поглощение в воздухе тоже значительно, поэтому и войны с применением такого поражающего фактора задумали затевать в космосе.

Тепловая машина: цикл, работа, КПД. Экологические проблемы тепловых машин. Какая она — идеальная тепловая машина?

• Простота. Работа тепловых механизмов основана на простых и понятных принципах. Используются физические явления, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни: процессы охлаждения и нагревания жидкостей, газов, что приводит к уменьшению или увеличению их объема. Как известно, чем проще механизм, тем он надежней, и, что немаловажно, его легче ремонтировать.
• Автономность. Одним из наиважнейших преимуществ является автономность. При помощи транспортных средств человек может не ограничивать себя в передвижении. Это возможно благодаря тому, что двигатель может быть установлен на любой платформе. Он самодостаточен и не требует постоянной связи с какими-либо дополнительными источниками энергии.
• Эффективность. На сегодняшний день это одна из самых эффективных разновидностей двигателей. Поэтому применение очень обширно: начиная с газонокосилки или бензопилы, и заканчивая современными автомобилями, электростанциями, космическими ракетами.
• Источник энергии. Тепловые машины используются в качестве источника электроэнергии. Это могут быть как маленькие генераторы, обеспечивающие электричеством отдельно взятый дом, так и большие электростанции, которые снабжают целые города. Поэтому можно сказать, что другие типы двигателей, например электродвигатели, в какой-то степени зависят от тепловых.
• Компактность. Благодаря высокой эффективности тепловые двигатели, при относительно небольших габаритах, обладают хорошими характеристиками. Это также послужило причиной их широкого распространения во всех сферах человеческой жизни.

Тепловая машина (тепловой двигатель) — устройство для преобразования внутренней энергии в механическую.

Любая тепловая машина имеет нагреватель, рабочее тело (газ или пар), которое в результате нагрева выполняет работу (приводит во вращение вал турбины, двигает поршень и так далее) и холодильник. На рисунке ниже изображена схема теплового двигателя.

Плюсы и минусы использования тепловых двигателей

Сложно себе представить современный мир без достижений науки и техники. Прогресс достиг небывалых высот. Особое место в развитии человечества занимает создание теплового двигателя. Вместе с ним человечество вошло в новую эпоху, в эпоху машин и электричества.

Зародившись еще в XVIII веке, он и по сей день имеет огромное значение для нас. Конечно, за это время наука шагнула вперед. Были изобретены новые разновидности двигателей, усовершенствованы старые, но основные принципы, применяющиеся в конструкции, остались неизменными. Существует множество разновидностей тепловых машин.

Несмотря на это, можно выделить общие особенности работы, характерные для всех типов.

Движение создается за счет нагревание газов или жидкостей, что приводит к изменению их объема. Расширяясь или сужаясь, продукты теплового воздействия осуществляют давление на поршень или турбину, которые таким образом приводятся в движение.

Основы действия тепловых двигателей

Каждая тепловая машина функционирует благодаря двигателю. Для выполнения работы ему нужно, чтобы по ту и другую сторону поршня двигателя или лопастей турбины была разность давлений.

Достигается эта разность во всех тепловых двигателях так: температура рабочего тела повышается на сотни или тысячи градусов в сравнении с температурой окружающей среды. В газовых турбинах и в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) происходит повышение температуры за счет того, что топливо сгорает внутри самого двигателя.

Холодильником может выступать атмосфера или специального назначения устройства для конденсации и охлаждения отработанного пара.

Что происходит внутри цилиндра при работе ДВС

При работе двигателя в цилиндре периодически происходит сгорание смеси топлива и воздуха, а, так же, производится выброс отработанных газов.

Сжатые поршнем газы загораются от электрической искры. Температура горения поднимается до 1800 градусов Цельсия. Поэтому, каждый двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит систему охлаждения.

Раскаленные газы расширяются, давление на поршень и стенки цилиндра резко возрастает. Это давление с силой толкает поршень, приводя его в движение. Усилие передается с поршня на шатун и далее на коленчатый вал, вращая его.

Примечание: Раскаленные газы обладают большим запасом внутренней энергии. Расширяясь, газы охлаждаются, при этом часть их внутренней энергии переходит в механическую работу.

Таким образом, энергия топлива преобразуется во вращение коленчатого вала.

Цикл Карно

Цикл (круговой процесс) — совокупность изменений состояния газа, в результате которых он возвращается в исходное состояние (может выполнять работу).

В 1824 году французский физик Сади Карно показал, что выгодным является цикл тепловой машины (цикл Карно), который состоит из двух процессов — изотермического и адиабатного.

На рисунке ниже изображен график цикла Карно: 1-2 и 3-4 — изотермы, 2-3 и 4-1 — адиабаты.

• В соответствии с законом сохранения энергии работа тепловых машин, которую выполняет двигатель, равна:
• А = Q1– Q2,
• где Q1 — количество теплоты, которое получено от нагревателя, а Q2 — количество теплоты, которое предано холодильнику. КПД тепловой машины называется отношение работы А, которую выполняет двигатель, к количеству теплоты, которое получено от нагревателя:
• η = А/Q =(Q1– Q2)/Q1 = 1 — Q2/Q1.

В работе «Мысли о движущей силе огня и о машинах, которые способны развивать эту силу» (1824) Карно описал тепловую машину под названием «идеальная тепловая машина с идеальным газом, который представляет собой рабочее тело». Благодаря законам термодинамики можно вычислить КПД (максимально возможный) теплового двигателя с нагревателем, который имеет температуру Т1, и холодильником с температурой Т2. Тепловая машина Карно имеет КПД:

ηmax = (T1 – T2)/T1 = 1 – T2/T1.

  Подземные воды — виды, классификация и основные источники

Сади Карно доказал, что какая угодно тепловая машина реальная, которая работает с нагревателем с температурой Т1 и холодильником с температурой Т2 не способна иметь КПД, который бы превышал КПД тепловой машины (идеальной).

Тепловые двигатели и их роль в жизни человека

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Марта 2014 в 10:39, реферат

Краткое описание

В современной технике широко применяют тип теплового двигателя, в котором пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.

Такие двигатели называют турбинами. В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал.

Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

1. Четырехтактный ДВС состоит из одного или нескольких цилиндров, поршня, кривошипно-шатунного механизма, впускного и выпускного клапанов, свечи.

2. Рабочий цикл состоит из четырех тактов:
3. 1) засасывания — горючая смесь попадает через клапан в цилиндр; 2) сжатия — оба клапана закрыты; 3) рабочий ход — взрывное сгорание горючей смеси; 4) выхлоп — выпуск отработанных газов в атмосферу.

Как устроен одноцилиндровый ДВС

Рассмотрим, какие части включает в себя одноцилиндровый двигатель (рис. 4).

Рис. 4. Основные части двигателя внутреннего сгорания

Основными частями являются цилиндр и поршень, который может двигаться внутри цилиндра поступательно. Над рабочей поверхностью поршня располагается свеча. В пространство между поршнем и свечой помещаются смесь паров топлива и воздуха. Такой газ называют рабочим телом. Электрическая свеча зажигания вызывает процесс горения топливовоздушной смеси.

https://www.youtube.com/watch?v=lJO2_hiYK8w\u0026t=34s

Впуск воздуха и паров топлива и выпуск сгоревших газов осуществляется двумя клапанами, которые так и называют – впускным и выпускным.

А шатун соединяет поршень и коленчатый вал. С помощью такого соединения возвратно-поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала.

Для эффективной работы двигателя необходимо открывать и закрывать каждый клапан и подавать электричество к свече в нужные моменты времени. Поэтому, клапаны, поршень и свеча работают согласованно. Согласованность их работы реализована с помощью кулачкового механизма и различных датчиков, которые на рисунке не показаны.

Некоторые технические параметры паровой турбины мощностью 1200 МВт

• Давление пара (свежего) — 23,5 МПа.
• Температура пара — 540 °С.
• Расход пара турбиной — 3600 т/ч.
• Частота вращения ротора — 3000 об/мин.
• Давление пара в конденсаторе — 3,6 кПа.
• Длина турбины — 47,9 м.
• Масса турбины — 1900 т.

Тепловая машина состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины. Принцип работы: воздух адиабатно засасывается в компрессор, поэтому его температура повышается до 200 °С и более. Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, куда одновременно под большим давлением поступает жидкое топливо — керосин, фотоген, мазут.

При сгорании топлива воздух нагревается до температуры 1500-2000 °С, расширяется, и скорость его движения растет. Воздух движется с большой скоростью, и продукты сгорания направляются в турбину. После перехода от ступени к ступени продукты сгорания отдают лопастям турбины свою кинетическую энергию.

Часть энергии, полученной турбиной, идет на вращение компрессора; оставшаяся часть расходуется на вращение ротора электрогенератора, винта самолета или морского судна, колес автомобиля.

Газовую турбину можно использовать, кроме вращения колес автомобиля и винтов самолета или теплохода, в качестве реактивного двигателя.

Воздух и продукты сгорания с большой скоростью выбрасываются из газовой турбины, поэтому реактивная тяга, которая возникает при этом процессе, может использоваться для хода воздушных (самолет) и водных (теплоход) судов, железнодорожного транспорта.

Например, турбовинтовые двигатели имеют самолеты Ан-24, Ан-124 («Руслан»), Ан-225 («Мечта»). Так, «Мечта» при скорости полета 700-850 км/ч способна перевозить 250 тонн груза на расстояние почти 15 000 км. Это крупнейший транспортный самолет в мире.

Тепловые двигатели и их применение.doc

Тепловые двигатели и их применение Тепловой двигатель устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. К тепловым двигателям относятся паровая машина, двигатель внутренне реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Тепловые двигатели паровые турбины устанавливаются на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для получения пара высокой температуры.

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели на автомобильном поршневые двигатели внутреннего сгорания, на водном двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины, на железнодорожном тепловозы с дизельными установками, в авиации поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.

Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта. Паровые машины Паросиловая станция. Работа этих двигателей производится посредством пара.

В огромном большинстве случаев это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ например, ртути. Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте паровозы и пароходы.

Для работы парового двигателя необходим ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство вместе носит название паросиловой станции. На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода.

Вода превращается в пар в котле, пар производит работу в турбине или в поршневой машине и снова превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой конденсатор. Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак сборник снова направляется в котел. В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор холодильником. Так как в установке циркулирует практически одна и та же вода утечка пара невелика и добавлять воды почти не приходится, то в котле почти не получается накипи, т. е. осаждения

Экологические проблемы тепловых машин

Большое влияние на климат имеет состояние атмосферы, в частности наличие углекислого газа и водяного пара.

Так, изменение содержания углекислого газа приводит к усилению или ослаблению парникового эффекта, при котором углекислый газ частично поглощает тепло, которое Земля излучает в космос, задерживает его в атмосфере и повышает тем самым температуру поверхности и нижних слоев атмосферы. Явление парникового эффекта играет решающую роль в смягчении климата. При его отсутствии средняя температура планеты была бы не +15 °С, а ниже на 30-40 °С.

Сейчас в мире существует более 300 млн различного вида автомобилей, которые создают более половины всех загрязнений атмосферы.

За 1 год в атмосферу из тепловых электростанций в результате сжигания топлива выделяется 150 млн тонн оксидов серы, 50 млн тонн оксида азота, 50 млн тонн золы, 200 млн тонн оксида углерода, 3 млн тонн феона.

В состав атмосферы входит озон, который защищает все живое на земле от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. В 1982 году Дж. Фарманом, английским исследователем, над Антарктидой была открыта озоновая дыра — временное снижение содержания озона в атмосфере. В момент максимального развития озоновой дыры 7 октября 1987 количество озона в ней уменьшилось в 2 раза.

Озоновая дыра, вероятно, возникла в результате антропогенных факторов, в том числе использования в промышленности хлорсодержащих хладонов (фреонов), которые разрушают озоновый слой. Однако исследования 1990 гг. не подтвердили эту точку зрения. Скорее всего, появление озоновой дыры не связано с деятельностью человека и является естественным процессом.

В 1992 году и над Арктикой была открыта озоновая дыра.

Если весь атмосферный озон собрать в слой у поверхности Земли и сгустить его к плотности воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 0 °С, то толщина озонового щита будет всего лишь 2-3 мм! Вот и весь щит.

Немного из истории…

• Июль 1769 года. В парижском парке Медоне военный инженер Н. Ж. Кюньйо на «огненной телеге», которая была оснащена двухцилиндровым паровым двигателем, проехал несколько десятков метров.
• 1885 год. Карл Бенц, немецкий инженер, построил первый бензиновый четырехтактный трехколесный автомобиль Motorwagen мощностью 0,66 кВт, на который 29 января 1886 года получил патент. Скорость машины достигала 15-18 км/ч.
• 1891 год. Готлиб Даймлер, немецкий изобретатель, изготовил грузовую тележку с двигателем мощностью 2,9 кВт (4 лошадиные силы) от легкового автомобиля. Максимальная скорость автомобиля достигала 10 км/ч, грузоподъемность в различных моделях составляла от 2 до 5 тонн.
• 1899 год. Бельгиец К. Женатци на своем автомобиле «Жаме Контант» («Всегда недовольная») впервые преодолел 100-километровый рубеж скорости.