Tepelné motory: princíp činnosti, zariadenie, schéma

Uvažujme termické motory, princíp fungovaniatýchto mechanizmov. V zemskej kôre a oceánoch sa rezervy vnútornej energie môžu považovať za neobmedzené. S cieľom vyriešiť praktické problémy to zjavne nestačí. Zariadenie a princíp fungovania tepelného motora musia byť známe, aby sa poháňali sústruhy a vozidlá. Človek potrebuje také zariadenia, ktoré môžu robiť užitočnú prácu.

Termické motory, ktorých princíp činnosti budeme brať do úvahy, sú hlavné na našej planéte. V nich je vnútorná energia transformovaná do mechanickej formy.

Vlastnosti tepelného motora

Aký je princíp tepelného motora? Stručne to môže byť reprezentované v jednoduchom experimente. Ak nalejete vodu do skúmavky, zatvorte ju koreňom, prineste ju do varu, vyleje. Dôvodom rušenia zástrčky je to, že para vykonáva vnútornú prácu. Proces je sprevádzaný transformáciou vnútornej energie pary na kinetickú hodnotu zástrčky. Tepelné motory, ktorých princíp fungovania je podobný opísanému experimentu, sa líšia v štruktúre. Namiesto skúmavky sa používa kovový valec. Zástrčka je nahradená piestom, ktorý sa pohodlne prilepí na steny pohybujúce sa pozdĺž valca.

Algoritmus činnosti

Aký je princíp tepelného motora? Trieda 10 sa zaoberá touto otázkou vo výučbe fyziky. Tepelné stroje chlapci volajú mechanizmy, kde sa pozoruje transformácia vnútornej energie paliva do mechanickej formy.

Ak chcete urobiť užitočnú prácu motora,na oboch stranách piestu alebo lopatky silnej turbíny vzniká diferenciálny tlak. Na dosiahnutie tohto tlakového rozdielu sa teplota pracovnej tekutiny zvyšuje o tisíce stupňov v porovnaní s priemerom v prostredí. Pri spaľovaní paliva dochádza k podobnému zvýšeniu teploty.

Teplotné zmeny

Všetky moderné termálne stroje sú rozlíšenépracovného orgánu. Oni sa nazývajú plyn, čo je užitočná práca v procese rozširovania. Počiatočná teplota, označená T1, nadobúda v parných kotlovacích strojoch alebo turbínach. Toto sa nazýva teplota ohrievača. Pri výkone práce dochádza k postupnej strate energie. To vedie k nevyhnutnému ochladeniu pracovnej kvapaliny na určitý T2. Teplota by mala byť nižšia ako teplota okolia, inak bude mať tlak plynu nižšiu hodnotu ako atmosférický tlak a motor nebude fungovať.

T2 sa nazýva teplota chladničky. Slúži ako atmosféra alebo špeciálne zariadenie potrebné na kondenzáciu a chladenie výfukovej pary.

Niektoré fakty

Takže, tepelné motory, princípktoré sú založené na rozšírení pracovnej tekutiny, nie sú schopné poskytnúť všetku vnútornú energiu na prácu. V každom prípade časť tepla sa prenesie do atmosféry (chladničky) spolu s odsávaním pary alebo výfukovými plynmi turbín alebo spaľovacích motorov.

Účinnosť tepelných motorov

Aký je princíp fungovania tepelného motora? Účinnosť tepelného motora závisí od množstva užitočnej práce vykonanej plynom. Vzhľadom na skutočnosť, že nie je možné úplne premeniť vnútornú energiu na prácu tepelného motora, možno vysvetliť nezvratnosť prírodných procesov a javov. V prípade, že sa pozoroval spontánny návrat tepla na ohrievač z chladničky, vnútorná energia v plnom rozsahu bola transformovaná do užitočnej práce tepelného motora.

Vyžaduje sa efektívnosťpomer užitočnej práce vykonanej tepelným motorom k množstvu tepla, ktoré sa prenáša do chladničky. Vo fyzike je zvykom vyjadriť túto hodnotu ako percento. To je princíp tepelného motora. Jeho schéma je jasná a jednoduchá, dostupná aj pre stredoškolákov. Zákony termodynamiky umožňujú vypočítať maximálnu hodnotu účinnosti.

Využitie tepelného motora

Prvý vynálezca stroja, ktorý používa teplo,sa stal Sadi Carnot. Vyvinul ideálny stroj, v ktorom bol ideálny plyn použitý ako pracovné telo. Okrem toho vedec dokázal určiť ukazovateľ účinnosti takého zariadenia pomocou teploty chladničky a ohrievača.

Carnot dokázala určiť vzťah medziskutočný tepelný motor pracujúci na základe ohrievača a chladničky, čo je vzduch alebo kondenzátor. Vďaka matematickému vzoru, ktorý navrhol Carnot pre jeho prvý ideálny tepelný motor, sa určila maximálna hodnota účinnosti. Existuje priame prepojenie medzi teplotou ohrievača a chladničkou.

Aby stroj mohol plne fungovať,teplota by nemala byť menšia ako jeho hodnota v okolitom ovzduší. Ak je to žiaduce, môžete zvýšiť teplotu ohrievača, pričom nezabúdajte, že každé pevné teleso má určitú tepelnú odolnosť. Keď sa ohreje, stratí svoju pružnosť a keď sa dosiahne teplota topenia, jednoducho sa taví.

Vďaka inováciám, ktoré sa dosiahli v roku 2009moderný strojársky priemysel, dochádza k postupnému zvyšovaniu účinnosti tepelného motora. Napríklad trenie medzi jeho samostatnými časťami klesá, straty vznikajúce z dôvodu neúplného spaľovania paliva sú eliminované.

Spaľovací motor

Je to tepelný motor, kde je vo formepracovnou tekutinou sa používajú vysokoteplotné plyny vznikajúce pri spaľovaní rôznych druhov paliva vo vnútri komory. V prevádzke automobilového motora sú štyri cykly. Medzi jeho komponenty nazývame nasávacie a výfukové ventily, spaľovaciu komoru, piest, valček, zapaľovaciu sviečku, ojnicu a zotrvačník.

záver

V súčasnosti používajú rôzne typyautomobilové motory: nafta, karburátor. Napriek rozdielom v používanom palive majú podobný princíp fungovania. Kvôli tepelnej energii, ktorá vzniká pri spaľovaní benzínu, prebieha premena tepelnej energie na inú formu.

V prvej fáze sa pozoruje hladký pohyb.ventil nadol, proces prebieha vďaka plneniu komory pracovnou zmesou. Na konci prvého zdvihu sa vstupný ventil zatvorí. Ďalej sa piest pohybuje smerom hore stlačením pracovnej zmesi. Vzhľad iskry v sviečke vedie k zapáleniu horľavej zmesi. Tlak, ktorý vyvíjajú pary vzduchu a plynu na piest, vedie k jeho spontánnemu pohybu smerom dole, preto sa takt nazýva "pracovný zdvih". Kľukový hriadeľ sa uvedie do pohybu. V štvrtom stupni sa výfukový ventil otvára, výfukové plyny sa vysúvajú do atmosféry.