Двигатели внутреннего сгорания

М.А. Бавыкина, учитель физики, МАОУ СОШ № 22, г. Тамбова

F

нагреватель

Т 1

холодильник

Т 2

Устройство

Тепловые двигатели - устройства,

превращающие внутреннюю

энергию топлива в механическую

и принцип действия

Необходимое условие

работы двигателя

• Разность давлений по обе

стороны поршня (лопастей)

Q 1

достигается

повышением температуры

рабочего тела

по сравнению с температурой окружающей среды

A

рабочее

тело

Т 1 – температура нагревателя

Т 2 – температура холодильника

Q 2

Холодильником является

• атмосфера (чаще)
• конденсаторы

A Очевидно : нагреватель по закону сохранения энергии холодильник Q 2 Q 1 = A + Q 2 A = Q 1 - Q 2 КПД ( ) – отношение работы, совершенной двигателем , к количеству теплоты, полученному от нагревателя η Q 2 A η = =1- Q 1 Q 1 Т 1 - Т 2 т 1 " width="640"

η

η =

невозможно

Невозможно перевести тепло

от более холодной системы к более

горячей при отсутствии других одновременных изменений в системах или окружающих телах

Q 1 A

Очевидно :

нагреватель

по закону сохранения энергии

холодильник

Q 2

Q 1 = A + Q 2

A = Q 1 - Q 2

КПД ( ) – отношение работы, совершенной двигателем , к количеству теплоты, полученному от нагревателя

η

Q 2

A

η

=

=1-

Q 1

Q 1

Т 1 - Т 2

т 1

Виды тепловых двигателей

и их применение

реактивные

турбины

паровая

газовая

ракетные

воздушно-реактивные

• На тепловых и атомных

электростанциях

• двигатели самолетов

ракет

карбюраторные

дизельные

Двигатели на легковых

и грузовых автомобилях,

мотоциклах,

водном

и железнодорожном

транспорте, в быту

Привод стационарных

силовых установок,

тепловозы, дизелевозы,

тракторы, асфальтовые катки, скреперы

Уменьшение трения частей

двигателя

Пути повышения КПД

Снижение потерь вследствие

неполного сгорания топлива

Двигатели и окружающая среда

Проблема:

Проблема:

Тепловое загрязнение

окружающей среды,

выполняющей роль

«холодильника »

(парниковый эффект)

Химическое загрязнение

окружающей среды

продуктами сгорания

топлива.

Снижение содержания

кислорода в атмосфере

Пути решения проблем

Строительство очистных сооружений, ограничение

использования соединений тяжелых металлов для топлива,

использование водорода в качестве топлива,

создание электромобилей и.т.д.

вопросы

1. Из каких основных частей состоит любой тепловой двигатель ?

2.Газ расширяется самопроизвольно. Может ли происходить

самопроизвольное сжатие газа?

3.Станет ли КПД двигателя равным 100%, если исчезнет трение

между частями двигателя?

4.Как понизить температуру газа перед сжатием, не допуская при

этом теплопередачи?

5. Как влияют тепловые двигатели на окружающую среду?

Температура нагревателя тепловой машины

150 0 С , а холодильника 25 0 С , машина получила от нагревателя 4 х 10 4 Дж энергии.

Как велика работа, совершенная машиной?

Задача

Дано:

Решение:

А

Т 1 = 150 0 С = 423 К

Т 1 -Т 2

С другой стороны,

η

=

=

η

Т 2 = 25 0 С = 298 К

Q 1

Т 1

Приравнивая правые части равенств, получим:

Q 1 = 4 Х 10 4 Дж

А - ?

Т 1 -Т 2

А

=

Q 1

Т 1

Выражая неизвестную величину, получим:

(Т 1 -Т 2 ) Q 1

( 423 К – 298 К ) х 4 х 10 4 Дж

А =

=

= 1 х 10 4 Дж

Т 1

423 К

Ответ : 1 х 10 4 Дж

Сравните:

Когда КПД теплового двигателя будет большим: при увеличении на один градус температуры нагревателя. Или при снижении на один градус температуры холодильника?

Решение :

Т 1 -Т 2

1. Запишем исходную формулу для расчета КПД:

η

=

Т 1

2. При повышении температуры нагревателя формула примет вид:

1

Т 1 -Т 2

Т 1 + 1 -Т 2

+

=

η 1

=

Т 1 +1

Т 1 +1

Т 1 +1

3. При понижении температуры холодильника будем иметь:

Т 1 -Т 2

Т 1 - ( Т 2 – 1)

1

η 2

=

=

+

Т 1

Т 1

Т 1

4. Сравнивая почленно слагаемые в полученных формулах, видим,

что η 1 η 2 .