Moderna stvarnost uključuje široko rasprostranjen rad toplotnih motora. Brojni pokušaji njihove zamjene elektromotorima do sada su propali. Problemi povezani sa akumulacijom električne energije u autonomnim sistemima rješavaju se s velikim poteškoćama.

I dalje su aktuelni problemi tehnologije za proizvodnju akumulatora električne energije, uzimajući u obzir njihovu dugotrajnu upotrebu. Brzinske karakteristike električna vozila su daleko od vozila na motorima unutrašnjim sagorevanjem.

Prvi koraci ka stvaranju hibridnih motora mogu značajno smanjiti štetne emisije u megagradima, rješavajući ekološke probleme.

Malo istorije

Mogućnost pretvaranja energije pare u energiju kretanja bila je poznata još u antici. 130. pne: Filozof Heron iz Aleksandrije predstavio je publici parnu igračku - eolipil. Sfera ispunjena parom počela je da se okreće pod dejstvom mlaza koji su izlazili iz nje. Ovaj prototip modernih parnih turbina nije našao primjenu u to vrijeme.

Dugi niz godina i stoljeća razvoj filozofa smatran je samo zabavnom igračkom. Godine 1629. Italijan D. Branchi stvorio je aktivnu turbinu. Para pokreće disk opremljen lopaticama.

Od tog trenutka počinje brzi razvoj parne mašine.

toplotni motor

Pretvaranje goriva u energiju za kretanje delova mašina i mehanizama koristi se u toplotnim mašinama.

Glavni delovi mašina: grejač (sistem za dobijanje energije izvana), radni fluid (obavlja korisnu radnju), frižider.

Grijač je dizajniran da osigura da radni fluid akumulira dovoljnu količinu unutrašnje energije za obavljanje korisnog rada. Frižider uklanja višak energije.

Glavna karakteristika efikasnosti naziva se efikasnost toplotnih motora. Ova vrijednost pokazuje koji dio energije utrošene na grijanje se troši na obavljanje korisnog rada. Što je veća efikasnost, to je profitabilniji rad mašine, ali ova vrednost ne može preći 100%.

Proračun efikasnosti

Neka grijač dobije izvana energiju jednaku Q 1 . Radni fluid je izvršio rad A, dok je energija data frižideru Q 2 .

Na osnovu definicije izračunavamo efikasnost:

η= A / Q 1 . Uzimamo u obzir da je A \u003d Q 1 - Q 2.

Otuda nam efikasnost toplotnog motora, čija je formula η= (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, omogućava da izvučemo sljedeće zaključke:

• Efikasnost ne može biti veća od 1 (ili 100%);
• da bi se ova vrijednost maksimizirala, potrebno je ili povećanje energije primljene od grijača ili smanjenje energije koja se daje hladnjaku;
• povećanje energije grijača postiže se promjenom kvaliteta goriva;
• smanjenje energije koja se daje frižideru, omogućavaju vam da postignete karakteristike dizajna motori.

Idealan toplotni motor

Da li je moguće stvoriti takav motor, čija bi efikasnost bila maksimalna (idealno, jednaka 100%)? Francuski teorijski fizičar i talentovani inženjer Sadi Carnot pokušao je pronaći odgovor na ovo pitanje. Godine 1824, njegovi teorijski proračuni o procesima koji se dešavaju u gasovima su objavljeni.

Glavna ideja iza savršen auto, možemo razmotriti izvođenje reverzibilnih procesa sa idealnim gasom. Počinjemo sa izotermnim širenjem plina na temperaturi T 1 . Količina toplote koja je potrebna za to je Q 1. Nakon što se gas širi bez razmene toplote.Postigavši ​​temperaturu T 2, gas se izotermno komprimira, prenoseći energiju Q 2 u frižider. Povratak plina u prvobitno stanje je adijabatski.

Idealna efikasnost toplotni motor Carnot, kada se precizno izračuna, jednak je omjeru temperaturne razlike između uređaja za grijanje i hlađenje prema temperaturi koju ima grijač. To izgleda ovako: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

Moguća efikasnost toplotnog motora, čija je formula: η= 1 - T 2 / T 1 , zavisi samo od temperature grejača i hladnjaka i ne može biti veća od 100%.

Štaviše, ovaj odnos nam omogućava da dokažemo da efikasnost toplotnih motora može biti jednaka jedinici samo kada frižider dostigne temperaturu. Kao što znate, ova vrijednost je nedostižna.

Carnotovi teorijski proračuni omogućavaju određivanje maksimalne efikasnosti toplotnog motora bilo kojeg dizajna.

Teorema koju je Carnot dokazao je sljedeća. Proizvoljna toplotna mašina ni pod kojim uslovima ne može imati koeficijent efikasnosti veći od slične vrednosti efikasnosti idealnog toplotnog motora.

Primjer rješavanja problema

Primjer 1 Kolika je efikasnost idealne toplotne mašine ako je temperatura grejača 800°C, a temperatura frižidera 500°C niža?

T 1 = 800 o C = 1073 K, ∆T = 500 o C \u003d 500 K, η -?

Po definiciji: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

Nije nam data temperatura frižidera, već ∆T = (T 1 - T 2), odavde:

η \u003d ∆T / T 1 = 500 K / 1073 K = 0,46.

Odgovor: efikasnost = 46%.

Primjer 2 Odrediti efikasnost idealnog toplotnog motora ako se zbog stečenog jednog kilodžula energije grejača izvrši 650 J korisnog rada Kolika je temperatura grejača toplotne mašine ako je temperatura rashladne tečnosti 400 K?

Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η -?, T 1 \u003d?

U ovom problemu govorimo o termalnoj instalaciji, čija se efikasnost može izračunati po formuli:

Za određivanje temperature grijača koristimo formulu za efikasnost idealnog toplotnog motora:

η \u003d (T 1 - T 2) / T 1 \u003d 1 - T 2 / T 1.

Nakon izvođenja matematičkih transformacija, dobijamo:

T 1 \u003d T 2 / (1- η).

T 1 \u003d T 2 / (1- A / Q 1).

Izračunajmo:

η= 650 J / 1000 J = 0,65.

T 1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Odgovor: η = 65%, T 1 = 1142,8 K.

Realni uslovi

Idealan toplotni motor je dizajniran sa idealnim procesima na umu. Rad se obavlja samo u izotermnim procesima, njegova vrijednost je definirana kao površina ograničena Carnotovim ciklusnim grafom.

Zapravo, nemoguće je stvoriti uslove za proces promjene stanja gasa bez pratećih promjena temperature. Ne postoje materijali koji bi isključili razmjenu topline sa okolnim objektima. Adijabatski proces više nije moguć. U slučaju prijenosa topline, temperatura plina se mora nužno promijeniti.

Efikasnost toplotnih motora stvorenih u realnim uslovima, značajno se razlikuju od efikasnosti idealnih motora. Imajte na umu da procesi u pravi motori događa se tako brzo da se varijacija unutrašnje toplinske energije radne tvari u procesu promjene njenog volumena ne može nadoknaditi prilivom topline iz grijača i povratkom u hladnjak.

Ostali toplotni motori

Pravi motori rade u različitim ciklusima:

• Otto ciklus: proces pri konstantnoj zapremini se menja adijabatski, stvarajući zatvoreni ciklus;
• Dizel ciklus: izobara, adijabat, izohor, adijabat;
• proces koji se odvija pri konstantnom pritisku zamjenjuje se adijabatskim, zatvarajući ciklus.

Stvorite ravnotežne procese u stvarnim motorima (da ih približite idealnim) pod uvjetima moderna tehnologija ne izgleda moguće. Efikasnost toplotnih motora je mnogo niža, čak i ako se to uzme u obzir temperaturni uslovi, kao u idealnoj termo instalaciji.

Ali ne biste trebali smanjiti ulogu formule za izračunavanje efikasnosti, jer ona postaje polazna tačka u procesu rada na povećanju efikasnosti stvarnih motora.

Načini za promjenu efikasnosti

Kada se uspoređuju idealni i stvarni toplinski motori, vrijedi napomenuti da temperatura hladnjaka potonjeg ne može biti nikakva. Obično se atmosfera smatra hladnjakom. Temperatura atmosfere može se uzeti samo u približnim proračunima. Iskustvo pokazuje da je temperatura rashladne tečnosti jednaka temperaturi izduvnih gasova u motorima, kao što je slučaj kod motora sa unutrašnjim sagorevanjem (skraćeno motori sa unutrašnjim sagorevanjem).

ICE je najčešći toplotni motor u našem svijetu. Efikasnost toplotnog motora u ovom slučaju zavisi od temperature koju stvara gorivo koje sagoreva. Značajna razlika između motora sa unutrašnjim sagorevanjem i parnih mašina je spajanje funkcija grejača i radnog fluida uređaja u mešavina vazduh-gorivo. Sagorevanjem, mješavina stvara pritisak na pokretne dijelove motora.

Povećanje temperature radnih plinova postiže se značajnom promjenom svojstava goriva. Nažalost, to nije moguće činiti u nedogled. Svaki materijal od kojeg je napravljena komora za izgaranje motora ima svoju tačku topljenja. Otpornost na toplinu takvih materijala je glavna karakteristika motora, kao i sposobnost da značajno utječu na efikasnost.

Vrijednosti efikasnosti motora

Ako uzmemo u obzir temperaturu radne pare na čijem je ulazu 800 K, a izduvnog gasa 300 K, onda je efikasnost ove mašine 62%. U stvarnosti, ova vrijednost ne prelazi 40%. Do ovakvog smanjenja dolazi zbog gubitaka topline prilikom zagrijavanja kućišta turbine.

Najveća vrijednost unutrašnjeg sagorijevanja ne prelazi 44%. Povećanje ove vrijednosti je pitanje bliske budućnosti. Promjena svojstava materijala, goriva je problem na kojem rade najbolji umovi čovječanstva.

« fizika - 10. razred

Šta je termodinamički sistem i koji parametri karakterišu njegovo stanje.
Navedite prvi i drugi zakon termodinamike.

Upravo je stvaranje teorije toplotnih motora dovelo do formulacije drugog zakona termodinamike.

Rezerve unutrašnje energije u zemljinoj kori i okeanima mogu se smatrati praktički neograničenim. Ali za rješavanje praktičnih problema još uvijek nije dovoljno imati rezerve energije. Takođe je potrebno biti u stanju da koristi energiju za pokretanje alatnih mašina u fabrikama, transportnim sredstvima, traktorima i drugim mašinama, rotaciju rotora generatora električne struje itd. Čovječanstvu su potrebni motori - uređaji sposobni za rad. Većina motora na Zemlji jeste toplotnih motora.

Toplotni motori- To su uređaji koji pretvaraju unutrašnju energiju goriva u mehanički rad.

Princip rada toplotnih motora.

Da bi motor radio, potrebna je razlika tlaka na obje strane klipa motora ili lopatica turbine. Kod svih toplotnih motora ova razlika pritiska se postiže povećanjem temperature radno tijelo(gas) stotine ili hiljade stepeni iznad temperature okoline. Ovo povećanje temperature nastaje tokom sagorevanja goriva.

Jedan od glavnih dijelova motora je posuda punjena plinom s pokretnim klipom. Radni fluid u svim toplotnim mašinama je gas koji radi tokom ekspanzije. Označimo početnu temperaturu radnog fluida (gasa) kroz T 1 . Ova temperatura u parnim turbinama ili mašinama se postiže parom u parnom kotlu. u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem i gasne turbine porast temperature nastaje kada se gorivo sagorijeva unutar samog motora. Temperatura T 1 se naziva temperatura grejača.

Uloga frižidera

Kako se rad obavlja, plin gubi energiju i neizbježno se hladi do određene temperature T 2 , koja je obično nešto viša od temperature okoline. Zovu je temperatura frižidera. Hladnjak je atmosfera ili posebni uređaji za hlađenje i kondenzaciju izduvne pare - kondenzatori. U potonjem slučaju, temperatura hladnjaka može biti nešto niža od temperature okoline.

Dakle, u motoru radni fluid tokom ekspanzije ne može dati svu svoju unutrašnju energiju za rad. Dio topline se neizbježno prenosi na hladnjak (atmosferu) zajedno sa izduvnom parom ili izduvnim gasovima motora sa unutrašnjim sagorevanjem i gasnih turbina.

Ovaj dio unutrašnje energije goriva se gubi. Toplotni motor obavlja rad zbog unutrašnje energije radnog fluida. Štaviše, u ovom procesu toplina se prenosi sa toplijih tijela (grijač) na hladnija (frižider). dijagram strujnog kola toplotni motor je prikazan na slici 13.13.

Radni fluid motora prima od grejača tokom sagorevanja goriva količinu toplote Q 1, vrši rad A" i prenosi količinu toplote u frižider Q2< Q 1 .

Da bi motor radio neprekidno, potrebno je radni fluid vratiti u početno stanje, pri kojem je temperatura radnog fluida jednaka T 1 . Iz ovoga slijedi da se rad motora odvija prema periodično ponavljajućim zatvorenim procesima, ili, kako se kaže, prema ciklusu.

Ciklus je niz procesa, kao rezultat kojih se sistem vraća u početno stanje.

Koeficijent performansi (COP) toplotnog motora.

Nemogućnost potpune konverzije unutrašnje energije plina u rad toplinskih motora posljedica je nepovratnosti procesa u prirodi. Ako bi se toplina mogla spontano vratiti iz hladnjaka u grijač, tada bi se unutrašnja energija mogla u potpunosti pretvoriti u koristan rad pomoću bilo kojeg toplotnog motora. Drugi zakon termodinamike može se formulisati na sledeći način:

Drugi zakon termodinamike:
nemoguće stvoriti vječni motor druge vrste, koja bi u potpunosti pretvorila toplotu u mehanički rad.

Prema zakonu održanja energije, rad motora je:

A" \u003d Q 1 - | Q 2 |, (13.15)

gdje je Q 1 - količina topline primljena od grijača, a Q2 - količina topline koja se daje hladnjaku.

Koeficijent performansi (COP) toplotnog motora je omjer rada A" koji motor obavlja i količine topline primljene od grijača:

Budući da se u svim motorima određena količina topline prenosi u hladnjak, tada η< 1.

Maksimalna vrijednost efikasnosti toplotnih motora.

Zakoni termodinamike nam omogućavaju da izračunamo maksimum moguće termička efikasnost motor koji radi sa grijačem koji ima temperaturu T 1 i hladnjakom s temperaturom T 2 , kao i odrediti načine za povećanje.

Po prvi put, maksimalnu moguću efikasnost toplotnog motora izračunao je francuski inženjer i naučnik Sadi Carnot (1796-1832) u svom radu „Razmišljanja o pokretačkoj sili vatre i o mašinama koje su u stanju da razviju tu silu“ (1824. ).

Karno je smislio idealan toplotni motor sa idealnim gasom kao radnim fluidom. Idealna Carnotova toplotna mašina radi u ciklusu koji se sastoji od dve izoterme i dve adijabate, a ovi procesi se smatraju reverzibilnim (slika 13.14). Prvo se posuda sa gasom dovede u kontakt sa grejačem, gas se izotermno širi, radeći pozitivan rad, na temperaturi T 1 , dok prima količinu toplote Q 1 .

Zatim se posuda termički izoluje, gas nastavlja da se širi već adijabatski, dok mu temperatura pada na temperaturu frižidera T 2 . Nakon toga, gas dolazi u kontakt sa frižiderom, tokom izotermne kompresije, on odaje količinu toplote Q 2 frižideru, kompresujući do zapremine V 4< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:

Kao što slijedi iz formule (13.17), efikasnost Carnot mašine je direktno proporcionalna razlici apsolutnih temperatura grijača i hladnjaka.

Glavno značenje ove formule je da ukazuje na način povećanja efikasnosti, za to je potrebno povećati temperaturu grijača ili sniziti temperaturu hladnjaka.

Bilo koji pravi toplotni motor koji radi sa grejačem temperature T 1 i frižiderom sa temperaturom T 2 ne može imati efikasnost veću od efikasnosti idealnog toplotnog motora: Procesi koji čine ciklus pravog toplotnog motora nisu reverzibilni.

Formula (13.17) daje teoretsku granicu za maksimalnu vrijednost efikasnosti toplotnih motora. To pokazuje da je toplotni motor efikasniji što je veća temperaturna razlika između grijača i hladnjaka.

Samo na temperaturi frižidera, jednakoj apsolutnoj nuli, η = 1. Osim toga, dokazano je da efikasnost izračunata formulom (13.17) ne zavisi od radne supstance.

Ali temperatura hladnjaka, čiju ulogu obično igra atmosfera, praktički ne može biti niža od temperature okoline. Možete povećati temperaturu grijača. Međutim, svaki materijal (čvrsto tijelo) ima ograničenu otpornost na toplinu ili otpornost na toplinu. Kada se zagrije, postepeno gubi svoja elastična svojstva i topi se na dovoljno visokoj temperaturi.

Sada su glavni napori inženjera usmjereni na povećanje Efikasnost motora smanjenjem trenja njihovih dijelova, gubitaka goriva zbog njegovog nepotpunog sagorijevanja itd.

Za parnu turbinu, početna i krajnja temperatura pare su otprilike sljedeće: T 1 - 800 K i T 2 - 300 K. Na ovim temperaturama maksimalna efikasnost je 62% (imajte na umu da se efikasnost obično mjeri u procentima). Stvarna vrijednost efikasnosti zbog raznih vrsta gubitaka energije je oko 40%. Dizel motori imaju maksimalnu efikasnost - oko 44%.

Zaštite okoliša.

Teško je zamisliti savremeni svijet bez toplotnih motora. Oni nam pružaju ugodan život. Toplotni motori pokreću vozila. Oko 80% električne energije, unatoč prisutnosti nuklearnih elektrana, proizvodi se pomoću toplinskih motora.

Međutim, tokom rada toplotnih motora dolazi do neizbježnog zagađenja okoliša. Ovo je kontradikcija: s jedne strane, čovječanstvu je svake godine potrebno sve više energije, čiji se glavni dio dobiva sagorijevanjem goriva, s druge strane, procesi sagorijevanja su neizbježno praćeni zagađenjem okoliša.

Kada se gorivo sagori, sadržaj kiseonika u atmosferi se smanjuje. Osim toga, sami proizvodi sagorijevanja stvaraju hemijska jedinjenja koja su štetna za žive organizme. Zagađenje se događa ne samo na zemlji, već iu zraku, jer svaki let aviona prati emisija štetnih nečistoća u atmosferu.

Jedna od posljedica rada motora je stvaranje ugljičnog dioksida koji apsorbira infracrveno zračenje sa površine Zemlje, što dovodi do povećanja temperature atmosfere. To je takozvani efekat staklene bašte. Mjerenja pokazuju da temperatura atmosfere raste za 0,05 °C godišnje. Ovako kontinuirano povećanje temperature može uzrokovati topljenje leda, što će zauzvrat dovesti do promjene nivoa vode u okeanima, odnosno do plavljenja kontinenata.

Napominjemo još jednu negativnu točku pri korištenju toplinskih motora. Tako se ponekad voda iz rijeka i jezera koristi za hlađenje motora. Zagrijana voda se zatim vraća nazad. Povećanje temperature u vodnim tijelima narušava prirodnu ravnotežu, ova pojava se naziva termičko zagađenje.

Za zaštitu okoliša naširoko se koriste različiti filteri za čišćenje kako bi se spriječilo ispuštanje štetnih tvari u atmosferu, a dizajn motora se poboljšava. Kontinuirano se usavršava gorivo koje daje manje štetnih materija pri sagorevanju, kao i tehnologija njegovog sagorevanja. Aktivno se razvijaju alternativni izvori energije koji koriste vjetar, sunčevo zračenje i jezgru. Električna vozila i vozila na solarnu energiju se već proizvode.

Posao koji obavlja motor je:

Ovaj proces prvi je razmatrao francuski inženjer i naučnik N. L. S. Carnot 1824. godine u knjizi Razmišljanja o pokretačkoj sili vatre i mašinama koje su u stanju da razviju tu silu.

Cilj Carnotovog istraživanja bio je da se otkriju razlozi nesavršenosti toplotnih motora tog vremena (imali su efikasnost ≤ 5%) i da se pronađu načini za njihovo poboljšanje.

Carnotov ciklus je najefikasniji od svih. Njegova efikasnost je maksimalna.

Slika prikazuje termodinamičke procese ciklusa. U procesu izotermnog širenja (1-2) na temperaturi T 1 , rad se obavlja promjenom unutrašnje energije grijača, odnosno dovođenjem količine topline plinu Q:

A 12 = Q 1 ,

Hlađenje gasa pre kompresije (3-4) se dešava tokom adijabatskog širenja (2-3). Promjena unutrašnje energije ΔU 23 u adijabatskom procesu ( Q=0) potpuno se pretvara u mehanički rad:

A 23 = -ΔU 23 ,

Temperatura plina kao rezultat adijabatskog širenja (2-3) opada na temperaturu hladnjaka T 2 < T 1 . U procesu (3-4), plin se izotermno komprimira, prenoseći količinu topline u hladnjak Q2:

A 34 = Q 2,

Ciklus se završava procesom adijabatske kompresije (4-1), u kojoj se plin zagrijava do temperature T 1.

Maksimalna vrijednost efikasnosti toplotnih motora koji rade na idealnom plinu, prema Carnot ciklusu:

.

Suština formule je izražena u dokazanom WITH. Carnotova teorema da efikasnost bilo kojeg toplotnog motora ne može premašiti efikasnost Carnotovog ciklusa koji se izvodi na istoj temperaturi grijača i hladnjaka.

klasa: 10

Vrsta lekcije: Lekcija učenje novog materijala.

Svrha lekcije: Objasniti princip rada toplotnog motora.

Ciljevi lekcije:

Obrazovni: upoznati učenike sa vrstama toplotnih motora, razviti sposobnost određivanja efikasnosti toplotnih motora, otkriti ulogu i značaj TD u savremenoj civilizaciji; generalizovati i proširiti znanja učenika o pitanjima životne sredine.

Razvijanje: razvijati pažnju i govor, poboljšati vještine prezentacije.

Vaspitno: usaditi kod učenika osjećaj odgovornosti prema budućim generacijama, u vezi s tim razmotriti uticaj toplotnih motora na životnu sredinu.

Oprema: računari za učenike, računar nastavnika, multimedijalni projektor, testovi (u Excelu), Fizika 7-11 Biblioteka elektronskih vizuelnih sredstava. „Ćirilo i Metodije“.

Tokom nastave

1. Organizacioni trenutak

2. Organizacija pažnje učenika

Tema naše lekcije je "Toplotni motori". (Slajd 1)

Danas ćemo se prisjetiti tipova toplinskih motora, razmotriti uvjete za njihov efikasan rad i govoriti o problemima povezanim s njihovom masovnom primjenom. (Slajd 2)

3. Aktuelizacija osnovnih znanja

Prije nego što pređete na učenje novog materijala, predlažem da provjerite koliko ste spremni za to.

Prednja anketa:

- Navedite prvi zakon termodinamike. (Promena unutrašnje energije sistema tokom njegovog prelaska iz jednog stanja u drugo jednaka je zbiru rada spoljašnjih sila i količine toplote prenešene sistemu. U \u003d A + Q)

– Može li se plin zagrijati ili ohladiti bez razmjene toplote sa okolinom? Kako se to dešava? (Za adijabatske procese.)(Slajd 3)

– Napišite prvi zakon termodinamike u sledećim slučajevima: a) prenos toplote između tela u kalorimetru; b) zagrijavanje vode na alkoholnoj lampi; c) zagrijavanje tijela pri udaru. ( a) A=0,Q=0, U=0; b) A=0, U=Q; c) Q=0, U=A)

- Na slici je prikazan ciklus koji obavlja idealan gas određene mase. Nacrtajte ovaj ciklus na p(T) i T(p) grafove. U kojim delovima ciklusa gas oslobađa toplotu, a u kojim apsorbuje?

(U odjeljcima 3-4 i 2-3, plin oslobađa nešto topline, au odjeljcima 1-2 i 4-1 toplinu apsorbira plin.) (Slajd 4)

4. Učenje novog gradiva

Sve fizičke pojave i zakoni nalaze primjenu u svakodnevnom ljudskom životu. Rezerve unutrašnje energije u okeanima i zemljinoj kori mogu se smatrati praktički neograničenim. Ali posjedovanje ovih rezervi nije dovoljno. Neophodno je na račun energije da se mogu pokrenuti uređaji sposobni za rad. (Slajd 5)

Šta je izvor energije? (razna goriva, energija vjetra, sunca, plime)

Postoje razne vrste mašina koje u svom radu ostvaruju transformaciju jedne vrste energije u drugu.

Toplotni motor je uređaj koji pretvara unutrašnju energiju goriva u mehaničku energiju. (Slajd 6)

Razmotrite uređaj i princip rada toplotnog motora. Toplotni motor radi ciklički.

Svaki toplotni motor sastoji se od grijača, radnog fluida i hladnjaka. (Slajd 7)

Efikasnost zatvorene petlje (Slajd 8)

Q 1 - količina toplote primljena od grijanja Q 1 >Q 2

Q 2 - količina toplote koja je data frižideru Q 2

A / = Q 1 - |Q 2 | da li motor obavlja rad po ciklusu?< 1.

Ciklus C. Carnot (Slajd 9)

T 1 - temperatura grijanja.

T 2 - temperatura frižidera.

Toplotni motori se pretežno koriste u svim glavnim vrstama modernog transporta. Na željezničkom saobraćaju do sredine 20. stoljeća. glavna mašina je bila parna mašina. Sada se uglavnom koriste dizel lokomotive i električne lokomotive. U vodnom transportu prvo su se koristili i parni strojevi, a sada se koriste i motori s unutarnjim sagorijevanjem i snažne turbine za velike brodove.

Od najveće važnosti je upotreba toplotnih motora (uglavnom snažnih parnih turbina) u termoelektranama, gdje pokreću rotore generatora električne struje. Oko 80% električne energije u našoj zemlji proizvodi se u termoelektranama.

U nuklearnim elektranama ugrađuju se i termalni motori (parne turbine), a plinske turbine imaju široku primjenu u raketama, u željezničkom i cestovnom transportu.

Na automobilima se koriste klipni motori s unutarnjim sagorijevanjem s vanjskim stvaranjem zapaljive smjese (motori s karburatorom) i motori sa stvaranjem zapaljive smjese direktno unutar cilindara (dizelaši).

U vazduhoplovstvu se klipni motori ugrađuju na lake avione, a turboelisni i mlazni motori, koji takođe pripadaju toplotnim motorima, ugrađuju se na ogromne košulje. Mlazni motori se takođe koriste u svemirskim raketama. (Slajd 10)

(Prikaz video klipova rada turbomlaznog motora.)

Razmotrimo detaljnije rad motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Gledanje video klipa. (Slajd 11)

Rad četvorotaktnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem.
1 takt: ulaz.
2 takta: kompresija.
3-taktni: radni udar.
4 takta: otpuštanje.
Uređaj: cilindar, klip, radilica, 2 ventila (ulazni i izlazni), svijeća.
Mrtve tačke - ekstremni položaj klipa.
Hajde da uporedimo karakteristike performansi toplotnih motora.

• Parna mašina - 8%
• Parna turbina - 40%
• Plinska turbina - 25-30%
• Motor sa unutrašnjim sagorevanjem - 18-24%
• Dizel motor – 40–44%
• Mlazni motor - 25% (Slajd 112)

Toplotni motori i zaštita životne sredine (Slajd 13)

Stalni rast energetskih kapaciteta – sve veće širenje pripitomljene vatre – dovodi do toga da količina oslobođene toplote postaje uporediva sa ostalim komponentama toplotnog bilansa u atmosferi. To ne može a da ne dovede do povećanja prosječne temperature na Zemlji. Rastuće temperature mogle bi predstavljati prijetnju topljenja glečera i katastrofalnog porasta nivoa mora. Ali to ne iscrpljuje negativne posljedice korištenja toplinskih motora. Raste emisija mikroskopskih čestica u atmosferu – čađi, pepela, usitnjenog goriva, što dovodi do povećanja „efekta staklene bašte“ zbog povećanja koncentracije ugljičnog dioksida u dužem vremenskom periodu. To dovodi do povećanja temperature atmosfere.

Toksični proizvodi sagorevanja koji se emituju u atmosferu, proizvodi nepotpunog sagorevanja fosilnih goriva, štetno utiču na floru i faunu. Posebnu opasnost po tom pitanju predstavljaju automobili, čiji broj alarmantno raste, a prečišćavanje izduvnih gasova je otežano.

Sve ovo predstavlja niz ozbiljnih problema za društvo. (Slajd 14)

Neophodno je poboljšati efikasnost konstrukcija koje sprečavaju emisiju štetnih materija u atmosferu; postići potpunije sagorevanje goriva u automobilskim motorima, kao i povećati efikasnost korišćenja energije, uštedeti je u proizvodnji i kod kuće.

Alternativni motori:

• 1. Električni
• 2. Motori na solarnu energiju i energiju vjetra (Slajd 15)

Načini rješavanja ekoloških problema:

Upotreba alternativnog goriva.

Upotreba alternativnih motora.

Poboljšanje životne sredine.

Obrazovanje ekološke kulture. (Slajd 16)

5. Učvršćivanje materijala

Svi ćete morati da položite jedinstveni državni ispit za samo godinu dana. Predlažem da riješite nekoliko problema iz dijela A demo fizike za 2009. godinu. Zadatak ćete pronaći na desktopu vaših računara.

6. Sumiranje lekcije

Prošlo je više od 240 godina od izgradnje prve parne mašine. Tokom ovog vremena, toplotni strojevi su uvelike promijenili sadržaj ljudskog života. Upravo je korištenje ovih mašina omogućilo čovječanstvu da zakorači u svemir, da otkrije tajne dubokog mora.

Daje ocjene za rad na času.

7. Domaći zadatak:

§ 82 (Myakishev G.Ya.), vježba. 15 (11, 12) (Slajd 17)

8. Refleksija

Prije napuštanja časa popunite tabelu.

Radio sam u razredu	aktivno / pasivno
Svojim radom u učionici, I	sretan/nesretan
Lekcija mi se učinila	kratko / dugo
za lekciju i	nije umoran / umoran
Rad mnogih vrsta mašina karakteriše tako važan pokazatelj kao što je efikasnost toplotnog motora. Svake godine inženjeri nastoje da kreiraju napredniju opremu, koja bi uz manje dala maksimalni rezultat njenom upotrebom. Uređaj toplotnog motora Prije nego što shvatimo šta je to, potrebno je razumjeti kako ovaj mehanizam funkcionira. Bez poznavanja principa njegovog djelovanja nemoguće je saznati suštinu ovog indikatora. Toplotni motor je uređaj koji radi koristeći unutrašnju energiju. Svaki toplinski motor koji se pretvara u mehanički koristi toplinsko širenje tvari s povećanjem temperature. U solid-state motorima moguće je promijeniti ne samo volumen materije, već i oblik tijela. Rad takvog motora podliježe zakonima termodinamike. Princip rada Da bismo razumjeli kako radi toplinski motor, potrebno je razmotriti osnove njegovog dizajna. Za rad uređaja potrebna su dva tijela: toplo (grijač) i hladno (frižider, hladnjak). Princip rada toplotnih motora (efikasnost toplotnih motora) zavisi od njihovog tipa. Često kondenzator pare djeluje kao hladnjak, a bilo koja vrsta goriva koja gori u peći djeluje kao grijač. Efikasnost idealnog toplotnog motora nalazi se sljedećom formulom: Efikasnost = (Theating - Tcold.) / Theating. x 100%. Istovremeno, efikasnost pravog motora nikada ne može premašiti vrijednost dobivenu prema ovoj formuli. Također, ovaj indikator nikada neće premašiti gornju vrijednost. Da biste povećali efikasnost, najčešće povećavajte temperaturu grijača i smanjite temperaturu hladnjaka. Oba ova procesa će biti ograničena stvarnim radnim uslovima opreme. Tokom rada toplotnog motora, rad se obavlja, jer gas počinje gubiti energiju i hladi se do određene temperature. Potonji je obično nekoliko stepeni iznad okolne atmosfere. Ovo je temperatura frižidera. Takav poseban uređaj dizajniran je za hlađenje s naknadnom kondenzacijom ispušne pare. Tamo gdje su prisutni kondenzatori, temperatura hladnjaka je ponekad niža od temperature okoline. U toplotnom stroju, tijelo, kada se zagrije i proširi, nije u stanju dati svu svoju unutrašnju energiju za rad. Dio topline će se prenijeti u hladnjak zajedno sa ili parom. Ovaj dio topline se neizbježno gubi. Tokom sagorevanja goriva, radni fluid prima određenu količinu toplote Q 1 od grejača. Istovremeno, on i dalje obavlja posao A, tokom kojeg prenosi dio toplotne energije u frižider: Q 2 Efikasnost karakteriše efikasnost motora u oblasti konverzije i prenosa energije. Ovaj indikator se često mjeri u procentima. Formula efikasnosti: η*A/Qx100%, gdje je Q potrošena energija, A je koristan rad. Na osnovu zakona održanja energije možemo zaključiti da će efikasnost uvijek biti manja od jedinice. Drugim riječima, nikada neće biti korisnijeg rada od energije koja se na njega troši. Efikasnost motora je omjer korisnog rada i energije koju isporučuje grijač. Može se predstaviti kao sljedeća formula: η \u003d (Q 1 -Q 2) / Q 1, gdje je Q 1 toplina primljena od grijača, a Q 2 se daje hladnjaku. Rad toplotnog motora Rad toplotnog motora izračunava se po sljedećoj formuli: A = |Q H | - |Q X |, gde je A rad, Q H je količina toplote primljena od grejača, Q X je količina toplote predata hladnjaku. |Q H | - |Q X |)/|Q H | = 1 - |Q X |/|Q H | Ona je jednaka omjeru rada motora i primljene topline. Deo toplotne energije se gubi tokom ovog prenosa. Carnot motor Maksimalna efikasnost toplotnog motora zabeležena je za Carnot uređaj. To je zbog činjenice da u ovom sistemu zavisi samo od apsolutne temperature grijača (Tn) i hladnjaka (Th). Efikasnost toplotnog motora koji radi određuje se sljedećom formulom: (Tn - Tx) / Tn = - Tx - Tn. Zakoni termodinamike su omogućili da se izračuna maksimalna moguća efikasnost. Po prvi put ovaj pokazatelj je izračunao francuski naučnik i inženjer Sadi Carnot. Izumio je toplotni motor koji je radio na idealan gas. Radi na ciklusu od 2 izoterme i 2 adijabate. Princip njegovog rada je prilično jednostavan: kontakt grijača se dovodi u posudu s plinom, zbog čega se radni fluid izotermno širi. U isto vrijeme funkcionira i prima određenu količinu topline. Nakon što je posuda termički izolirana. Uprkos tome, gas nastavlja da se širi, ali već adijabatski (bez razmene toplote sa okolinom). U tom trenutku njegova temperatura pada na hladnjak. U ovom trenutku plin je u kontaktu sa hladnjakom, zbog čega mu daje određenu količinu topline tokom izometrijske kompresije. Zatim se posuda ponovo termički izoluje. U ovom slučaju, plin se adijabatski komprimira do svog prvobitnog volumena i stanja. Sorte Danas postoji mnogo vrsta toplotnih motora koji rade na različitim principima i na različita goriva. Svi imaju svoju efikasnost. To uključuje sljedeće: Motor sa unutrašnjim sagorevanjem (klip), koji je mehanizam u kome se deo hemijske energije goriva koja sagoreva pretvara u mehaničku energiju. Takvi uređaji mogu biti plinoviti i tekući. Postoje 2-taktni i 4-taktni motori. Mogu imati kontinuirani ciklus rada. Prema načinu pripreme mješavine goriva, takvi motori su karburatorski (sa vanjskim formiranjem smjese) i dizel (sa unutrašnjim). Prema vrstama pretvarača energije dijele se na klipne, mlazne, turbinske, kombinirane. Efikasnost takvih mašina ne prelazi 0,5. Stirlingov motor - uređaj u kojem se radni fluid nalazi u zatvorenom prostoru. To je vrsta motora s vanjskim sagorijevanjem. Princip njegovog rada zasniva se na periodičnom hlađenju/zagrevanju tela uz proizvodnju energije usled promene njegove zapremine. Ovo je jedan od najefikasnijih motora. Turbinski (rotacioni) motor sa vanjskim sagorijevanjem goriva. Takve instalacije najčešće se nalaze u termoelektranama. Turbinski (rotacioni) motori sa unutrašnjim sagorevanjem koriste se u termoelektranama u vršnom režimu. Nije tako uobičajen kao drugi. Turboelisni motor stvara dio potiska zbog propelera. Ostatak dolazi od izduvnih gasova. Njegov dizajn je rotacioni motor na čijoj je osovini postavljen propeler. Druge vrste toplotnih motora Rakete, turbomlazne i koje dobijaju potisak zbog povratka izduvnih gasova. Solid state motori koriste čvrsto tijelo kao gorivo. Prilikom rada ne mijenja se njegov volumen, već oblik. Tokom rada opreme koristi se izuzetno mala temperaturna razlika. Kako možete povećati efikasnost Da li je moguće povećati efikasnost toplotnog motora? Odgovor se mora tražiti u termodinamici. Proučava međusobne transformacije različitih vrsta energije. Utvrđeno je da su sve raspoložive mehaničke i sl. nemoguće, a da se njihova konverzija u toplotnu energiju odvija bez ikakvih ograničenja. To je moguće zbog činjenice da je priroda toplinske energije zasnovana na nesređenom (haotičnom) kretanju čestica. Što se tijelo više zagrijava, brže će se kretati molekuli koji ga čine. Kretanje čestica će postati još nestalnije. Uz to, svi znaju da se poredak lako može pretvoriti u haos, koji je vrlo teško urediti. koreada.ru - O automobilima - Informativni portal