Avtoargon.ru

АвтоАргон
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тема урока: «Тепловые двигатели

Тема урока: «Тепловые двигатели. Коэффициент полезного действия. Двигатель внутреннего сгорания»

Ведущая идея урока: Тепловой дви­гатель – это двигатель, преобразующий внутреннюю энергию сгорающего топлива в механи­ческую энергию. Физическая величина, показывающая, какую долю от энергии, полученной при сгорании топлива, составляет совершаемая дви­гателем полезная работа, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

дидактическая:обеспечить формирование понятия «тепло­вой двигатель»; формирование умений применять закон сохранения и превращения энергии для объяснения физических основ ра­боты тепловых двигателей; усвоение формулы для расчета ко­эффициента полезного действия тепловых двигателей; обеспечить расширение и углубление зна­ний учащихся о физических принципах рабо­ты тепловых двигателей на примерах двигателя внутреннего сго­рания; формирование представлений об устройстве двигателей внутреннего сгорания;

развивающая:развитие умений выдвигать гипотезу, планировать эксперимент, анализировать его результаты, делать выводы и соотносить их с выдвинутой гипотезой, развитие коммуникативных и мыслительных способностей ребят;

воспитывающая:формирование научного мировоззрения, воспитание межличностных отношений в коллективе, воспитать положительную мотивацию к учению.

Тип урока:комбинированный.

План урока:

Организационный момент2 мин
Проверка домашнего задания: физический диктант.5 мин
Изложение нового материала.30 мин
Закрепление нового материала.5 мин
Подведение итогов2 мин
Домашнее задание1 мин

Ход урока:

1. Организационный момент: приветствие, проверка наличие присутствующих на уроке.

2. Проверка домашнего задания:

Вариант 1Вариант 2
1. Какой процесс называется испарением? (Испарение − это парообразование, идущее со свободной поверхности жидкости)1. Какой процесс называется кипением? ( Кипение – это тоже испарение , только с образованием новых поверхностей испарения внутри жидкости)
2. При какой температуре происходит кипение жидкостей? (Температура кипения постоянна при неизменных внешних условиях)2. При какой температуре происходит испарение жидкостей? (Испарение жидкостей происходит при любой температуре)
3. От чего зависит скорость испарения? (Скорость испарения зависит от рода жидкости, её температуры, площади свободной поверхности и от притока воздуха)3. От чего зависит температура кипения? (Температура кипения зависит от рода жидкости и внешнего давления)
4. Назовите формулу расчета количество теплоты необходимого для парообразования и единицу удельной теплоты парообразования в СИ. (Q=Lm; )4. Какую величину называют удельной теплотой парообразования? (Эта физическая величина, численно равная количеству теплоты, поглощенному 1кг жидкости при переходе ее в пар при температуре кипения)
5. Что значит для воздуха? (для превращения в пар 1 кг воздуха при его температуре кипения необходимо затратить энергии)5. Что значит для спирта? (для превращения в пар 1 кг спирта при его температуре кипения необходимо затратить энергии)

3. Изложение нового материала:

Деятельность учителяДеятельность ученика
Тема нашего урока «Тепловые двигатели. Коэффициент полезного действия. Двигатель внутреннего сгорания».На самых ранних этапах своего развития человек искал способы приведения в движение нужных ему объектов: прими­тивной сохи для обработки земли, веретена прялки, жернова мельницы. Сначала он использовал свою мышечную силу и силу прирученных животных, затем появились двигатели, в которых использовалась энергия ветра и падающей воды: парус, ветря­ная и водяная мельницы. В ХII в. появилось огнестрельное оружие, в котором круглое каменное ядро с большой скоростью вылетало из ствола при взрыве пороха. Огромное количество теплоты, выделяющееся при таком очень быстром сгорании пороха, вызывало увеличение температуры (а значит, и давления!) продуктов сгорания, т. е. рост внутренней энергии. Именно за счет этой огромной энергии ядро и получало свою кинетическую энергию. Это устройство и было первым тепловым двигателем. В наше время тепловые двигатели широко используются в промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве. Как в тепловых двигателях происходит преоб­разование внутренней энергии топлива в механическую работу? Газ или пар совершает работу, когда он не находится в тепловом или механическом равновесии с окру­жающей средой. Это означает, что начальное давление газа долж­но быть больше внешнего давления. Поэтому при уменьшении давления газ может совершать работу за счет уменьшения своей внутренней энергии. Тепловой дви­гатель — это двигатель, преобразующий внутреннюю энергию сгорающего топлива в механи­ческую энергию. Рисунок 1. – Тепловой двигатель Любой тепловой двигатель имеет три ос­новных элемента (рисунок 1): нагреватель, ра­бочее тело и холодильник (чаще всего окружа­ющая среда). В тепловом двигателе сжи­гают топливо (порох, газ, бензин, уголь). Вы­деляемая теплота вызывает повышение внут­ренней энергии рабочего тела (пара или га­за − продуктов сгорания). В рабочем объеме(цилиндре, стволе) сила давления пара или га­за при его расширении совершает положительную работу: толкает пулю, пор­шень, ракету, лопатку турбины, а рабочее тело покидает рабочий объем. Уходящее рабочее тело обладает еще значительной внутренней энер­гией (вспомните, какой горячий глушитель работающего мотоцикла или автомо­биля), то есть мы используем лишь частьтой внутренней энергии, которую ра­бочее тело получило отсгоревшего топлива. Непременным условием работы лю­бого теплового двигателя является наличие нагревателя, имею­щего более высокую температуру рабочего тела, и холодильника с более низкой температурой. Существуют различные виды тепло­вых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгора­ния, газовая и паровая турбины, реактивный двигатель. В каждом из них энергия топлива сначала переходит в энергию газа (пара), который затем, расширяясь, совершает работу. В процессе со­вершения этой работы часть внутренней энергии газа идет на нагревание, на работу против сил трения и т. д. Совершая работу, тепловой двигатель использует полезно лишь некоторую часть той энергии, которая выделяется при сгорании топлива. Физическая величина, показывающая, какую долю от энергии, полученной при сгорании топлива, составляет совершаемая дви­гателем полезная работа, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя: , где − количество теплоты, полученное в результате сгорания топлива; − работа, совершаемая двигателем. Вследствие того, что всегда меньше , коэффициент полез­ного действия любого теплового двигателя . Для того чтобы двигатель работал, рабочее тело (газ) должно получить теплоту, которую выде­лило сгорающее топливо. Топливо может сгорать прямо в цилиндре, внутри самого двигателя, отсюда и происходит название двигателя − двигатель внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания − очень распрост­раненный вид теплового двигателя. Они работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе. Рисунок 2. – Двигатель внутреннего сгорания Попытаемся разобраться в принципе действия широко при­меняемых в автомобилях, самолетах, танках, тракторах, мо­торных плавающих судах и т. д. бензиновых двигателей внутрен­него сгорания. Двигатель состоит из цилиндра, в котором переме­щается поршень, соединенный при помощи шатуна 6с коленчатым валом 7. На валу укреплен тяжелый ма­ховик 8, предназначенный для уменьшения неравно­мерности вращения вала. В верхней части цилиндра имеются два клапана 1и 2, которые при работе двигателя автоматически откры­ваются и закрываются в нужные моменты. Через кла­пан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 3, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы. В цилиндре такого двигателя периодически происхо­дит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. При сгорании горючей смеси образуются газы, температура которых достигает . Горючие газы оказывают на поршень большое давле­ние. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию. Бензиновый двигатель работает циклически. Его цикл состоит из нескольких процессов, называемых тактами. Если за цикл совершается 4 такта, то двигатель называется четырехтактным, если 2 − двух­тактным. Рассмотрим более подробно схему работы такого двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня. Рисунок 3. – Принцип работы ДВС Один ход поршня, или один такт двигателя, совер­шается за пол-оборота коленчатого вала. При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз (рисунок 3, а). Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 и в ци­линдр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закры­вается. При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь (рисунок 3, б). В конце второго такта, когда поршень дойдет до край­него верхнего положения, сжатая горючая смесь воспла­меняется (от электрической искры 3) и быстро сгорает (рисунок 3, в). Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз (рисунок 3, г).Под действием расши­ряющихся нагретых газов (третий такт) двигатель со­вершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при после­дующих тактах. Второй и третий такты происходят при закрытых клапанах. В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмо­сферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх (рисунок 3, д). В конце четвертого такта клапан 2 закры­вается. Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов): всасывания, сжатия, рабочего хода, вы­пуска (выхлопа). В автомобилях используют чаще всего четырехци­линдровые двигатели внутреннего сгорания. Работа ци­линдров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход, и коленчатый вал все время получает энергию от одного из поршней. Имеются и восьмицилиндровые двигатели. Многоцилиндровые дви­гатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность. Некоторые автомобили снабжаются дизель­ными двигателями. Он отличается от бензинового в основном способом зажигания горючей смеси. Воздух в цилиндре очень сильно сжимается и нагревается до . В конце такта сжатия в цилиндр впрыскивается горючее (нефть, мазут, дизельное топливо). Смесь воспламеня­ется вследствие высокой температуры в цилиндре. Таким обра­зом, дизельный двигатель не требует свечи и использует более дешевое топливо, а не дорогой очищенный бензин. А так как сжатие в цилиндре более сильное, то за рабочий ход произво­дится большая работа, а значит, КПД у него выше (до 44 %). Недостаток его в увеличенных размерах: боль­шая степень сжатия требует большего объема цилиндра. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвы­чайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на реч­ных и морских судах.Записывают название темы. Записывают определение. Записывают определение и формулу.
Читать еще:  Шевроле авео дергается на холодном двигателе

4. Закрепление нового материала:

ВопросОтвет
За счёт чего увеличивается внутренняя энергия рабочего тела в тепловом двигателе?За счёт теплоты сгорания топлива.
Во что преобразуется внутренняя энергия в любом тепловом двигателе?В механическую.
Какой двигатель называют тепловым?Тепловой дви­гатель − это двигатель, преобразующий внутреннюю энергию сгорающего топлива в механи­ческую энергию.
Цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов…Всасывания, сжатия, рабочего хода, вы­пуска (выхлопа).
Что такое КПД теплового двигателя?Физическая величина, показывающая, какую долю от энергии, полученной при сгорании топлива, составляет совершаемая дви­гателем полезная работа, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

5. Подведение итогов.

6. Домашнее задание: изучить §12. Выполнить задания № 1−3 из упражнения 6.

Во время какого из такта двигатель внутреннего сгорания совершает полезную работу?

Физика | 1 — 4 классы

Во время какого из такта двигатель внутреннего сгорания совершает полезную работу.

Этот такт имеет очень простое название — рабочий ход.

Можно ли внутреннюю энергию топлива целиком превратить в механическую?

Можно ли внутреннюю энергию топлива целиком превратить в механическую?

Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания во время такта «рабочий ход» понижается?

Двигатель внутреннего сгорания совершил работу, равную 55, 2Мдж, и израсходывал при этом 6 кг бензина?

Двигатель внутреннего сгорания совершил работу, равную 55, 2Мдж, и израсходывал при этом 6 кг бензина.

Чему равен коэффицент полезного действия этого двигателя?

Какие процессы происходят в двигателе внутреннего сгорания в течении каждого из 4 тактов как называются эти такты?

Какие процессы происходят в двигателе внутреннего сгорания в течении каждого из 4 тактов как называются эти такты.

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 27, 6 МДж, и израсходовал при этом 3 л бензина?

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 27, 6 МДж, и израсходовал при этом 3 л бензина.

Вычислите КПД двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 230 кДж, а энергия, выделившаяся при сгорании бензина, оказалась равной 920 кДж?

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 230 кДж, а энергия, выделившаяся при сгорании бензина, оказалась равной 920 кДж.

Чему равен КПД двигатель?

Какая последовательность тактов правильно отражает работу четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания?

Какая последовательность тактов правильно отражает работу четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 23 МДж, и при этом израсходовал 2, 5 л бензина?

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 23 МДж, и при этом израсходовал 2, 5 л бензина.

Вычислите КПД этого двигателя.

Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта?

Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта.

Сравните внутреннюю энергию газа в цилиндре двигателя внутреннего сгорания в конце тактов впуска и сжатия?

Сравните внутреннюю энергию газа в цилиндре двигателя внутреннего сгорания в конце тактов впуска и сжатия.

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу 230кдж а энергия выделившаяся при сгорании бензина оказалась равной 920 кДж?

Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу 230кдж а энергия выделившаяся при сгорании бензина оказалась равной 920 кДж.

Чему равен КПД двигателя?

Вы перешли к вопросу Во время какого из такта двигатель внутреннего сгорания совершает полезную работу?. Он относится к категории Физика, для 1 — 4 классов. Здесь размещен ответ по заданным параметрам. Если этот вариант ответа не полностью вас удовлетворяет, то с помощью автоматического умного поиска можно найти другие вопросы по этой же теме, в категории Физика. В случае если ответы на похожие вопросы не раскрывают в полном объеме необходимую информацию, то воспользуйтесь кнопкой в верхней части сайта и сформулируйте свой вопрос иначе. Также на этой странице вы сможете ознакомиться с вариантами ответов пользователей.

C * U ^ 2 / 2 = L * Im ^ 2 / 2 L = C * Um ^ 2 / Im ^ 2 = 0, 36 * 10 ^ — 6 * 121 / (0, 66 * 10 ^ — 3) ^ 2 = 100 Гн.

Удельная теплота плавления (также : энтальпия плавления ; также существует равнозначное понятие удельная теплота кристаллизации) — количество теплоты, которое необходимо сообщить одной единице массы кристаллического вещества в равновесном избрано изо..

Если бы не было трения, мы не могли бы ходить по земле (вспомните, как скользят ноги на льду) , нельзя было бы ездить на велосипеде, автомобиле, мотоцикле (колеса вертелись бы на месте) , нам нечего было бы носить (нитки в ткани держатся силами трени..

Простейшим видом этого движения является перемещение одних вещей, предметов, тел относительно других — так называемое механическое движе­ние. Мы садимся, встаём, ходим. По дороге лошадь тя­нет телегу ; проезжает автомобиль ; паровоз тянет по рельса..

Примеры силы трения в природе : мы можем ходить по землебелки прыгают по веткам деревьевленивец висит на веткептичка может присесть на веткувода точит каменьобразование планет и кометидет дождь и вода стекает в низину, хотя камень лежит и не скатывае..

По формуле количества теплоты Q = q * m. ( Q — количество теплоты, q — удельная теплота сгорания топлива (для нефти из таблицы) = 4, 4 * 10 ^ 7Дж / кг, m — масса = 2500кг) Q = 4, 4 * 10 ^ 7 * 2500 = 1, 1 * 10 ^ 11Дж.

2) Импульс Для грузового (кг * м / c) Легковая (кг * м / c).

R1 + R2 + R3 + R4 + R5 / 5 = 20 / 5 = 4(R) I = U / R = 36 / 4 = 6(I) R = 4 I = 6.

Надеюсь ты сможешь расставить заряды сам / а.

3) P = U * I = U² / R⇒R = U² / P. Для лампы 25 Вт имеем R1 = 220² / 25 = 1936 Ом. Для лампы 200 Вт имеемR2 = 220² / 200 = 242 Ом. Сопротивление лампы в 25 Вт больше в 1936 / 242 = 8 раз. 4)Электрическая энергия превращается в механическую энергию..

4 тактный двигатель: принцип работы

в то время как четырехтактный двигатель может устранить многие из недостатков, свойственных двухтактному, у него есть свои собственные недостатки. В итоге нельзя сказать, какой из них лучше другого, все зависит от предназначения двигателя. У каждого двигателя есть свое место в мире мотоциклов…

  1. Что называют тактом в ДВС
  2. Что такое мертвые точки и такты ДВС
  3. Октановое число топлива
  4. Принцип работы ДВС: Виды двигателей, Устройство двигателя, Рабочий цикл ДВС
  5. Факторы, ограничивающие мощность двигателя
  6. История
  7. Принцип работы
  8. Конструктивные особенности
  9. 4 такта работы двигателя внутреннего сгорания
  10. Отношение длины шатуна к длине хода поршня
  11. Газораспределительный механизм
  12. Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей
  13. Баланс энергии
  14. Однотактные и трехтактные силовые агрегаты
  15. Новые технологии по старому принципу
  16. Примечания

Что называют тактом в ДВС

Прежде чем говорить о тактах силовых агрегатов, нужно понять, что это за зверь такой. Такт – это действие, производимое поршнем. Например, когда поршень внутри клапана бензинового или дизельного двигателя идет вверх, это называется одним тактом, а, когда он возвращается вниз, то это действие называют вторым тактом.

Итак, с тактами в двухтактном двигателе разобрались. Поэтому двухтактные моторы мощнее. То есть за один оборот коленвала поршень клапана успевает сделать два такта. Однако у них есть и свои минусы. Об этом поговорим позже.

Кроме двухтактных силовых агрегатов существуют однотактные двигатели. Конструкция однотактника проста до безобразия. Они состоят из одного цилиндра и широко распространены были в прошлом. Такие двигатели еще модно найти на мопедах, мотоциклах, тракторах:

  • ИЖ-Планета;
  • ДТ-14;
  • в мотопилах японского или китайского производства.

Все четырехтактные моторы работают по циклу Отто. Назван этот цикл был в честь немецкого инженера, который придумал описывать рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания циклом, заключающим в себе:

  • сжатие рабочего тела;
  • изохорный подвод теплоты к нему;
  • расширение рабочего тела;
  • изохорное охлаждение.

Теперь, когда мы знаем, что такое такт и что из себя представляет термодинамический цикл, давайте глянем на то, как работает четырехтактный движок.

Читать еще:  Что то непонятное с такой двигатель

Что такое мертвые точки и такты ДВС

Количество этапов, входящих в один рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания), принято считать исходя из числа ходов поршня в цилиндре. Такие этапы получили название такты двигателя. Непосредственно ход поршня определяется его перемещением из одной крайней точки в другую. Они получили наименование мертвые, поскольку если в такой точке произойдет остановка поршня, он не сможет начать движение без внешнего воздействия. Простыми словами мертвые точки – это позиции, при которых движение в текущем направлении поршня прекращается и он начинает обратный ход.

Мертвые точки и ход поршня ДВС

Существуют две мертвые точки:

  • Нижняя (НМТ) – положение, при котором расстояние между поршнем и осью вращения коленвала минимально.
  • Верхняя (ВМТ) – положение, при котором цилиндр находится на максимальном удалении от оси вращения коленвала двигателя.

В англоязычной документации ВМТ обозначается как TDC (Top Dead Centre), А НМТ – BDC (Bottom Dead Centre).

Существуют двигатели, рабочий цикл которых может состоять из двух, а также из четырех тактов. Исходя из этого их разделяют на двухтактные и четырехтактные моторы.

Октановое число топлива

Мощность на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания передаётся на вал от расширяющихся газов, в основном, во время такта рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до очень малого объёма повышает эффективность рабочего хода, но увеличение степени сжатия в цилиндре также сильнее нагревает сжимающуюся топливо-воздушную смесь (согласно закону Шарля).

Если топливо легковоспламеняемое, с низкой температурой вспышки, то это может привести к возгоранию топливо-воздушной смеси до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Это, в свою очередь, будет заставлять поршень двигаться в сторону, противоположную требуемому направлению вращения коленчатого вала. Топливо, которое воспламеняется в верхней мёртвой точке, но до того, как поршень начнёт двигаться вниз, может повредить поршень и цилиндр из-за наличия в малом объёме очень большого количества тепловой энергии, не имеющей возможности выхода. Это повреждение часто проявляет себя как стук двигателя, и оно ведёт к перманентному повреждению двигателя, если случается постоянно.

Октановое число является мерой сопротивления топлива к самовоспламенению под воздействием возрастающих температур. Топлива с более высокими октановыми числами позволяют осуществлять более высокую степень сжатия без риска повреждения двигателя вследствие самовоспламенения.

Для работы дизельных двигателей самовоспламенение необходимо. Они предотвращают возможное повреждение двигателей путём раздельного впрыска топлива под большим давлением в цилиндр очень незадолго до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Воздух без топлива может быть сжат очень сильно без опасности самовоспламенения, и в то же время, находящееся под высоким давлением топливо в системе подачи топлива не может самовоспламениться без присутствия воздуха.

Принцип работы ДВС: Виды двигателей, Устройство двигателя, Рабочий цикл ДВС

Двигатель внутреннего сгорания — один из ключевых элементов конструкции транспортного средства. Он представляет собой внушительный агрегат, принцип работы двигателя внутреннего сгорания основывается на изменении энергии для действия определенных частей агрегата.

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 25. Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Понятие теплового двигателя;

2)Устройство и принцип действия теплового двигателя;

3)КПД теплового двигателя;

Глоссарий по теме

Тепловой двигатель – устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

КПД (коэффициент полезного действия) – это отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Двигатель внутреннего сгорания – двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя.

Реактивный двигатель – двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Цикл Карно – это идеальный круговой процесс, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов.

Нагреватель – устройство, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой идет на совершение работы.

Холодильник – тело, поглощающее часть энергии рабочего тела (окружающая среда или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара, т.е. конденсаторы).

Рабочее тело — тело, которое расширяясь, совершает работу (им является газ или пар)

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 269 – 273.

2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. -М.: Дрофа,2014. – С. 87 – 88.

Открытые электронные ресурсы по теме урока

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Сказки и мифы разных народов свидетельствуют о том, что люди всегда мечтали быстро перемещаться из одного места в другое или быстро совершать ту или иную работу. Для достижения этой цели нужны были устройства, которые могли бы совершать работу или перемещаться в пространстве. Наблюдая за окружающим миром, изобретатели пришли к выводу, что для облегчения труда и быстрого передвижения нужно использовать энергию других тел, к примеру, воды, ветра и т.д. Можно ли использовать внутреннюю энергию пороха или другого вида топлива для своих целей? Если мы возьмём пробирку, нальём туда воду, закроем её пробкой и будем нагревать. При нагревании вода закипит, и образовавшие пары воды вытолкнут пробку. Пар расширяясь совершает работу. На этом примере мы видим, что внутренняя энергия топлива превратилась в механическую энергию движущейся пробки. При замене пробки поршнем способным перемещаться внутри трубки, а саму трубку цилиндром, то мы получим простейший тепловой двигатель.

Тепловой двигатель – тепловым двигателем называется устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

Вспомним строение простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень. Поршень с помощью шатуна соединяется с коленчатым валом. В верхней части каждого цилиндра имеются два клапана. Один из клапанов называют впускным, а другой – выпускным. Для обеспечения плавности хода поршня на коленчатом вале укреплен тяжелый маховик.

Рабочий цикл ДВС состоит из четырех тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Во время первого такта открывается впускной клапан, а выпускной клапан остается закрытым. Движущийся вниз поршень засасывает в цилиндр горючую смесь.

Во втором такте оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь, которая при сжатии нагревается.

В третьем такте, когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электрической искрой свечи. Воспламенившаяся смесь образует раскаленные газы, давление которых составляет 3 -6 МПа, а температура достигает 1600 -2200 градусов. Сила давления толкает поршень вниз, движение которого передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок маховик будет дальше вращаться по инерции, обеспечивая движение поршня и при последующих тактах. Во время этого такта оба клапана остаются закрытыми.

В четвертом такте открывается выпускной клапан и отработанные газы движущимся поршнем выталкиваются через глушитель (на рисунке не показан) в атмосферу.

Любой тепловой двигатель включает в себя три основных элемента: нагреватель, рабочее тело, холодильник.

Для определения эффективности работы теплового двигателя вводят понятие КПД.

Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Q1 – количество теплоты полученное от нагревания

Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику

– работа, совершаемая двигателем за цикл.

Этот КПД является реальным, т.е. как раз эту формулу и используют для характеристики реальных тепловых двигателей.

Зная мощность N и время работы t двигателя работу, совершаемую за цикл можно найти по формуле

Передача неиспользуемой части энергии холодильнику.

В XIX веке в результате работ по теплотехнике французский инженер Сади Карно предложил другой способ определения КПД (через термодинамическую температуру).

Главное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т1, и холодильником с температурой Т2, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины. Сади Карно, выясняя при каком замкнутом процессе тепловой двигатель будет иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из 2 адиабатных и двух изотермических процессов

Цикл Карно — самый эффективный цикл, имеющий максимальный КПД.

Не существует теплового двигателя, у которого КПД = 100% или 1.

Формула дает теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1.

Но температура холодильника практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твердое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими.

Читать еще:  Что то щелкает в двигателе приоры

Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному — важнейшая техническая задача.

Тепловые двигатели – паровые турбины, устанавливают также на всех АЭС 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 авиационном – поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.

Сравним эксплуатационные характеристики тепловых двигателей.

Паровой двигатель – 8%.

Паровая турбина – 40%.

Газовая турбина – 25-30%.

Двигатель внутреннего сгорания – 18-24%.

Дизельный двигатель – 40– 44%.

Реактивный двигатель – 25%.

Широкое использование тепловых двигателей не проходит бесследно для окружающей среды: постепенно уменьшается количество кислорода и увеличивается количество углекислого газа в атмосфере, воздух загрязняется вредными для здоровья человека химическими соединениями. Возникает угроза изменения климата. Поэтому нахождение путей уменьшения загрязнения окружающей среды является сегодня одной из наиболее актуальных научно-технических проблем.

Примеры и разбор решения заданий

1. Какую среднюю мощность развивает двигатель автомобиля, если при скорости 180 км/ч расход бензина составляет 15 л на 100 км пути, а КПД двигателя 25%?

Дано: v=180км/ч = 50 м/с, V = 15 л = 0,015 м 3 , s = 100 км = 10 5 м, ɳ = 25% = 0,25, ρ = 700 кг/м 3 , q = 46 × 10 6 Дж/кг.

Запишем формулу для расчёта КПД теплового двигателя:

Работу двигателя, можно найти, зная время работы и среднюю мощность двигателя:

Количество теплоты, выделяющееся при сгорании бензина, находим по формуле:

Учитывая всё это, мы можем записать:

Время работы двигателя можно найти по формуле:

Из формулы КПД выразим среднюю мощность:

.

Подставим числовые значения величин:

После вычислений получаем, что N=60375 Вт.

Ответ: N=60375 Вт.

2. Тепловая машина имеет КПД 25 %. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику составляет 4 кВт. Какое количество теплоты рабочее тело получает от нагревателя за 20 с?

Дано: ɳ = 25%, N = 4000 Вт, t = 20 с.

=

– это количество теплоты, отданное холодильнику

КОНСТРУКЦИЯ МЕХАНИЗМА, ВЫРАБАТЫВАЮЩЕГО КИНЕТИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ (ДВИГАТЕЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО), И МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Имеется механизм, вырабатывающий кинетическую энергию, состоящий из качающегося коромысла в оси, вдоль направляющей которого, с возможностью, может перемещаться одним своим концом шатун, причем коромысло и шатун имеют седла с установленной между ними пружиной сжатия, с возможностью сдвигать шатун относительно коромысла, увеличивая их общую длину, имеется двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна соединенного поршневым пальцем с поршнем, вторым своим концом шатун, с возможностью, опирается на шатунную шейку коленчатой шатунной оси, коленчатая шатунная ось механизма состоит из двух щек в виде Г-образного коромысла, на конце одного рычага, которого, непосредственно закреплена шатунная шейка, на конце второго рычага в соосных осях установлены соосные между собой ролики, с возможностью воздействия на них нажимных элементов механизма, имеющих кинематическую связь с шестерней полумуфты, с возможностью, снимающей крутящий момент с кривошипа, вращающегося в круговой дорожке, причем с помощью соосных центральных подшипников в Г-образных щеках шатунная ось связывает между собой и опирается на соосные оси опорных роликов двух кривошипов, с возможностью, вращающихся в соосных между собой двух круговых дорожках, опираясь на них двумя опорными роликами, причем продольная ось кривошипа, проходящая через оси опорных роликов, смещена относительно оси круговой дорожки на величину эксцентриситета е, что необходимо для обеспечения работоспособности системы, причем во время рабочего полуоборота механизма или рабочего такта двигателя, крутящий момент снимается с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать, при этом, к кривошипу только момент сопротивления пары сил, не создавая реакцию опоры, с возможностью, во время холостого полуоборота механизма или нерабочих тактов двигателя, муфты или планетарной передачи становиться опорными, создавать реакцию опоры, а шестерня полумуфты, установленная на опоре качения или шестерня планетарной передачи, с возможностью, входит в зацепление с шестерней продольного вала, являющимся выходным валом механизма или двигателя, причем на углах рабочего полуоборота механизма или рабочего такта двигателя, где отсутствует воздействие на ролики коленчатой шатунной оси нажимных элементов механизма, шатунная ось, с возможностью, опирается на упор, установленный на оси опорного ролика кривошипа, являющейся осью вращения самой коленчатой шатунной оси, с возможностью, работать как коленчатая не вращающаяся ось, с возможностью, прикладывать к кривошипу, вращающемуся в круговой дорожке отрицательный момент, обусловленный консольным приложением тангенциальной силы относительно оси опорного ролика, с возможностью, при этом создавать полезный крутящий момент только частью длины кривошипа, на углах рабочего полуоборота механизма или рабочего такта двигателя, под возможным воздействием на них нажимных элементов механизма, шатунная ось, с возможностью, отходит от упора на оси опорного ролика и на кривошипе, с возможностью, создается полезный крутящий момент всей длиной кривошипа вращающегося в круговой дорожке, причем ось шатунной шейки остается на окружности диаметром близким диаметру окружности вращения оси шатунной шейки, на выходном продольном валу механизма установлен маховик аккумулирующий выработанную кинетическую энергию, на маховике установлена шестерня, входящая в зацепление с шестерней, установленной на валу генератора, с возможностью вращать вал генератора для выработки электрического тока, отличающийся тем, что возможное воздействие на ролики коленчатой шатунной оси, для ее возможного вращения относительно кривошипа вращающегося в круговой дорожке, с целью создания полезного крутящего момента всей длиной кривошипа, выполняется маховиками с установленными на них, в осях, нажимными рычагами, имеющими возможность вращаться вкруговую вместе с маховиками и вращаться, в своих установочных осях, относительно маховика, установлены маховики на продольном валу, расположенным параллельно общей оси двух соосных круговых дорожек, приводная шестерня вала с маховиками входит в зацепление с шестерней установленной на выходном валу полумуфты, снимающей полезный крутящий момент с кривошипа вращающегося в круговой дорожке, причем вал с установленными на нем маховиками с нажимными рычагами имеет с кривошипами вращающимися в круговой дорожке одну угловую скорость и встречное, навстречу друг другу, вращение, оси нажимных рычагов установлены на дисках маховиков на окружностях такого диаметра, чтобы линейная окружная скорость нажимных рычагов одного привода была равной между собой, и равной или несколько большей линейной окружной скорости частей кривошипа вращающегося в круговой дорожке, которые могут контактировать с нажимным рычагом, а располагается вал с маховиками с нажимными рычагами на таком расстоянии от общей оси круговых дорожек, чтобы окружная траектория нажимного рычага перекрывала окружную траекторию частей кривошипа вращающегося в круговой дорожке, с которыми у нажимного рычага возможен контакт, в том числе траекторию ролика коленчатой шатунной оси для обеспечения возможного ее вращения относительно кривошипа вращающегося в круговой дорожке, причем имеется два варианта конструкции нажимного рычага с двумя вариантами приводов, обеспечивающих возможное вращение нажимного рычага относительно маховика, в первом варианте, при возможном встречном вращении маховика и кривошипа вращающегося в круговой дорожке с одной угловой скоростью, нажимной рычаг одним своим концом, с возможностью, подходит и его траектория перекрывает траекторию специально заложенных частей кривошипа, которые, с возможностью, начинают воздействовать на нажимной рычаг, вращая его относительно маховика, в результате нажимной рычаг своим вторым концом, с возможностью, начинает перекрывать траекторию ролика коленчатой шатунной оси, воздействует на него и вращает шатунную ось относительно кривошипа, вращающегося в круговой дорожке, обеспечивая построение на кривошипе сил не препятствующих вращению кривошипа в круговой дорожке и строящих полезный крутящий момент всей длиной кривошипа, во втором варианте, при встречном вращении маховика и кривошипа вращающегося в круговой дорожке, нажимной рычаг, с возможностью, подходит и перекрывает траекторию ролика коленчатой шатунной оси, вторым своим концом нажимной рычаг, с возможностью, набегает на ролик, стационарно установленный в раме механизма или двигателя, за счет чего вращается относительно маховика и обеспечивает эффективное воздействие на ролик коленчатой шатунной оси, с возможностью, вращает коленчатую шатунную ось относительно кривошипа вращающегося в круговой дорожке, обеспечивая построение на кривошипе сил, не препятствующих вращению кривошипа в круговой дорожке и строящих полезный крутящий момент всей длиной кривошипа, в качестве привода механизма, вырабатывающего кинетическую энергию, кроме пружинного и двигателя внутреннего сгорания, предлагается гравитационный привод земного тяготения состоящий из груза звеньями связанным с рамой механизма, причем звенья допускают, с возможностью, только вертикальное, или близкое к нему, перемещение груза, с передачей на шатун силы, действующей вдоль шатуна.

О произведении

Портал НЭБ предлагает вам прочитать онлайн или скачать патент «КОНСТРУКЦИЯ МЕХАНИЗМА, ВЫРАБАТЫВАЮЩЕГО КИНЕТИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ (ДВИГАТЕЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО), И МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ», заявителя Абрамов Борис Николаевич (RU). Содержит 3 ст. Язык: «Русский».

Выражаем благодарность библиотеке «Федеральный институт промышленной собственности, отделение ВПТБ» за предоставленный материал.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector