Тепловой двигатель. Презентация "тепловые двигатели и их применение" Презентация по физике современные тепловые двигатели

Слайд 6

История создания теплового двигателя.

1690 – пароатмосферная машина Д.Папена 1705 - пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты 1763-1766 – паровой двигатель И.И.Ползунова 1784 – паровой двигатель Дж.Уатта 1865 – двигатель внутреннего сгорания Н.Отто 1871 – холодильная машина К.Линде 1897 – двигатель внутреннего сгорания Р.Дизеля (с самовоспламенением)

Слайд 7

В апреле 1763 г. Ползунов демонстрировал работу огнедействующей машины «для заводских нужд»

Слайд 8

В 1781 г. Джеймс Уатт получил патент на изобретение второй модели своей машины. В 1782 г. эта замечательная машина, первая универсальная паровая машина «двойного действия», была построена.

Слайд 9

К 1863 году был готов первый образец атмосферного газового двигателя с поршнем от авиационного мотора и ручным стартером, работавшим на смеси бензина и воздуха. Двигатель внутреннего сгорания Н.Отто

Слайд 10

1878 – 1888 гг. Рудольф Дизель работает над созданием двигателя принципиально новой конструкции. В голову ему приходит создание абсорбционного двигателя, работавшего на аммиаке, а в роли топлива должна была выступать специальная пудра, полученная из каменного угля.

Слайд 11

Устройство теплового двигателя

Три основных элемента любого теплового двигателя: 1.Нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу. 2. Рабочее тело (газ или пар), совершающее работу. 3.Холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего тела.

Слайд 12

Принцип действия теплового двигателя

Принцип действия теплового двигателя основан на свойстве газа или пара при расширении совершать работу. В процессе работы теплового двигателя периодически повторяются расширения и сжатия газа. Расширения газа происходят самопроизвольно, а сжатия под действием внешней силы.

Слайд 13

Нагреватель. T₁ Холодильник. T₂ Рабочее тело Q₁ Q₂ Q₁ - Q₂= A Как работает тепловой двигатель?

Слайд 14

КПД теплового двигателя.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД) – отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученной от нагревателя.

Слайд 15

КПД тепловых двигателей

Слайд 16

Карно Никола Леонард Сади (1796-1832 г.)- французский физик и инженер. Свои исследования он изложил в сочинении «размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Он предложил идеальную тепловую машину.

Слайд 17

Цикл Карно – самый эффективный цикл, имеющий максимальный КПД.

1 – 2 - изотермическое расширение. А₁₂ = Q₁ 2 – 3 – адиабатное расширение А ₂₃ = - ∆U₂₃ 3 – 4 - изотермическое сжатие A₃₄= A сж = Q₂ 4 – 1 – адиабатное сжатие A₄₁= ∆U₄₁

Слайд 18

«Тепловые двигатели наоборот».

«Тепловые двигатели наоборот» это: холодильник, кондиционер и тепловой насос. В них происходит передача тепла от более холодного к более нагретому, что требует совершения работы. Работу производит электродвигатель, подключенный к источнику тока.

Слайд 19

«Тепловые двигатели наоборот», их принцип действия.

Рабочее тело Q₁ A Q₂=Q₁+A

Слайд 20

Тепловые двигатели в народном хозяйстве.

Тепловые двигатели – необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается около 80 % электроэнергии. Без тепловых двигателей (ДД, ДВС) невозможно представить современный транспорт. Паротурбинные двигатели применяются на водном транспорте. Газотурбинные - в авиации. Ракетные двигатели используются в ракетно – космической технике.

Слайд 21

Водный транспорт.

Первый практически пригодный пароход построен в 1807 году Фультоном. (амер) Первый российский пароход «Елизавета» построен в 1815 году на заводе предпринимателя К.Н.Берда. Его первый рейс был из Петербурга в Кронштадт.

Слайд 22

Железнодорожный транспорт.

В 1829 году инженер Дж. Стефенсон построил лучший для того времени паровоз «Ракета». Первый тепловоз построен в 1924г. советским ученым Л.М.Таккелем. Тепловоз приводит в движение двигатель внутреннего сгорания

Слайд 23

Автомобильный транспорт.

Прообразом современного автомобиля считают самодвижущуюся повозку немецких механиков Г.Даймлера и Бенца. В 1883 году легкий ДВС был установлен на обычный конный экипаж.

Слайд 24

Авиационный транспорт.

17 декабря 1903 года американские изобретатели Орвил и Уилбур Райт провели испытание первого в мире самолета - аэроплана (планера, снабженного ДВС). Полет продолжался 12 секунд на высоте 3 метра от земли.

Слайд 25

Космический транспорт.

17 августа 1933 года в воздух поднялась на высоту около 400 м первая советская жидкостная ракета, сконструированная М.К.Тихомировым. 4 октября 1957 года был запущен первый искусственный спутник Земли.

Слайд 26

Влияние тепловых двигателей на окружающую среду.

Слайд 27

ДВС и его влияние на окружающую среду.

Схема двигателя внутреннего сгорания. 1.- камера сгорания; 2- поршень; 3- кривошипно – шатунный механизм; 4 – радиатор в системе охлаждения; 5 – вентилятор 6 – система выпуска газов.

ГОКУ АО «Общеобразовательная школа при учреждениях исполнения наказания», г. Благовещенск

Тепловые двигатели.

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Первой известной нам тепловой машиной была паровая турбина внешнего сгорания, изобретённая во ΙΙ (или в Ι ?) веке н. эры в римской империи. Это изобретение не получило своего развития предположительно из-за низкого уровня техники того времени (например, тогда ещё не был изобретён подшипник).

Позже в Китае появилось пороховое орудие и пороховая ракета. Это было сравнительно простое устройство. С точки зрения механики пороховая ракета не являлась тепловым двигателем, а с точки зрения физики являлась тепловой машиной. Уже в 17 веке ученые пытались изобрести на основе порохового орудия тепловой двигатель.

Пороховой снаряд в Древнем Китае

• Виды тепловых двигателей
• Тепловые двигатели внешнего сгорания:

1.Двигатель Стирлинга - это тепловой аппарат, в котором газообразное или жидкое рабочее тело совершает движения в замкнутом пространстве. Это устройство основано на периодическом охлаждении и нагреве рабочего тела. При этом извлекается энергия, которая возникает при изменении объема рабочего тела. Двигатель Стирлинга может работать от любого источника тепла.

Был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года. Однако первые элементарные «двигатели горячего воздуха» были известны ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Достижением Стирлинга является добавление узла, который он назвал «эконом».

Роберт Стирлинг -

создатель знаменитого альтернативного паровой машине двигателя, названного в его честь.

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в двигатель Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %. Двигатель Стирлинга имеет много преимуществ и был широко распространён в эпоху паровых машин.

2.Паровая машина

Джеймс Уатт – шотландский инженер-изобретатель, создатель универсальной паровой машины

Схема работы паровой машины Уатта

Главный плюс паровых машин - простота и отличные тяговые качества. При этом можно обходиться без редуктора. По этой причине паровую машину удобно использовать в качестве тягового двигателя.

Недостатки: низкий КПД, невысокая скорость, постоянный расход воды и топлива, большой вес

Паровая машина - любой тепловой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу.

Грузовик с паровым двигателем

Паровая пожарная машина

Трактор с паровым двигателем

(КПД) теплового двигателя может быть определён как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты, содержащейся в топливе. Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла. Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь КПД от 1 до 8 %, усовершенствованный двигатель может улучшить КПД до 25 % и даже более.

Тепловая электростанция может достичь КПД в 30-42 %. Парогазовые установки могут достигать КПД в 50-60 %.

На ТЭЦ эффективность повышается за счёт использования частично отработавшего пара для отопления и производственных нужд. При этом используется до 90 % энергии топлива и только 10 % рассеивается бесполезно в атмосфере.

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ:

• ДВС (двигатель внутреннего сгорания) - это двигатель, в процессе работы которого, часть сгорающего топлива преобразуется в механическую энергию.

Первый ДВС был придуман и создан

Э. Ленуаром в 1860 году. Рабочий цикл состоит из четырех тактов, по этой причине этот двигатель ещё называют четырехтактным. В настоящее время такой двигатель чаще всего встречается на автомобилях.

Рудольф Дизель(1858-1913).

Немецкий инженер, создатель ДВС,

используемого по настоящее время

2. Роторный ДВС

Этот вид двигателя относительно прост и может быть создан в любых размерах. Вместо поршней используется ротор, вращающийся в специальной камере. В ней расположены впускные отверстия и выпускные, а также свеча зажигания. При таком типе конструкции четырехтактный цикл осуществляется без механизма газораспределения. В роторном ДВС можно использовать дешевое топливо. Также он практически не создаёт вибраций, дешевле и надежнее в производстве, чем поршневые тепловые двигатели.

«Mazda» на базе роторного мотора.

3. Ракетные и реактивные тепловые двигатели.

Суть этих устройств состоит в том, чтобы тяга создавалась не с помощью винта, а посредством отдачи выхлопных газов двигателя.

Могут создавать тягу в пространстве без воздуха.

Бывают твердотопливные, гибридные и жидкостные). И последний подвид - это турбовинтовые тепловые двигатели. Создание энергии происходит за счёт винта и за счёт отдачи выхлопных газов.

Схема устройства реактивного двигателя

Ан-140- турбовинтовой грузопассажирский самолёт

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Тепловые двигатели

Тепловой двигатель – машина в которой внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Паровая машина Двигатель внутреннего сгорания Паровая и газовая турбины Реактивный двигатель Виды тепловых двигателей В настоящее время эксплуатируются также тепловые машины, использующие теплоту, выделяющуюся в реакторе, где происходит расщепление и преобразование атомных ядер.

Холодильник – Т 2 Q 2 Q 1 A ′ = Q 1 -Q 2 КПД тепловой машины КПД идеал ь ной тепловой машины Принцип работы тепловой машины Цилиндр с рабочим веществом Нагреватель – Т 1

1 - чугунный цилиндр, в котором ходит поршень 2 . Рядом с цилиндром расположен парораспределительный механизм. Он состоит из золотниковой коробки, имеющей сообщение с паровым котлом. Кроме котла, коробка посредством отверстия 3 сообщается с конденсатором и с цилиндром посредством двух окон 4 и 5. В коробке находится золотник 6 , движимый специальным механизмом посредством тяги 7. Поршневая паровая машина

2 1 Примеры тепловых машин 1 - двигатель внутреннего сгорания, 2 - ракетный двигатель При работе тепловая машина получает количество теплоты Q 1 отдает Q 2 . Совершаемая работа А′ = Q , - Q 2 .

1 - воздухозаборник, 2 - компрессор, 3 - камера сгорания, 4 - турбина, 5 – сопло. 1. Авиационный турбореактивный двигатель Примеры тепловых машин

1 - патрубок выпускных газов, 2 - форсунка, 3 - поршень, 4 - воздушный фильтр, 5 - нагнетатель воздуха, 6 - цилиндр, 7 - шатун, 8 - коленчатый вал. 2. Дизель

1 - входной патрубок, 2 - рабочее колесо турбины, 3 - направляющие лопатки турбин, 4 - выходной паропровод. 3. Паровая турбина

Схема бензинового двигателя внутреннего сгорания Схема оборудования паросиловой станции Схема двигателя Дизеля

Турбина (поршневая машина) Конденсатор Нагнетающий насос Схема круговорота воды паросиловой установке Котёл Отсасывающий насос Сборник

Примерный энергетический баланс ТЭЦ Примерный энергетический баланс паросиловой станции с турбиной Коэффициент полезного действия паросиловой станции

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Когда огромный мир противоречий,

Насытится бесплатною игрой, -

Как бы прообраз боли человечной,

Из бездны вод встает передо мной.

И в этот час печальная природа,

Лежит вокруг, вздыхая тяжело,

И не мила ей дикая свобода,

Где от добра неотделимо зло.

Н. Заболоцкий

Принципиальная схема тепловой машины

1 – нагреватель

2 – холодильник

3 – рабочее тело

Первая паровая машина – ЭОЛИПИЛ

Герон Александрийский,

I – II вв. н.э

H 2 O

Паровой насос Севери (1698)

Томас Севери (1650-1715)

«Огневая машина»

Дени Папена (1707)

Дени Папен

Пароатмосферный поршневой

насос Ньюкомена (1710)

Томас Ньюкомен

Паровая машина

И.И. Ползунова (1763)

Ползунов Иван Иванович

Паровой двигатель Уатта (1765)

Джеймс Уатт (1736 – 1819)

Газовые двигатели

Этьен Ленуар

(1822 – 1900)

Газовый двигатель Отто

Николаус Август Отто

• Паровая машина
• Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
• Паровая турбина
• Газовая турбина
• Реактивный двигатель

Тепловая

машина

Вода

Поршень

Топливо

Паровая турбина

Газовая турбина

Вода

Струя пара или газа

Лопасти

Топливо

Паровая турбина

Турбина Л.А. Пелтона, 1880

Первый турбоход "Турбиния", 1897

Двигатель внутреннего сгорания

Механическая работа

Топливо

Охлаждение

Реактивный двигатель

Топливо

Струя газа

Отталкивание

Применение тепловых двигателей

Авиация

Водный транспорт

Космические ракеты

Автомобилестроение

Влияние тепловых двигателей на окружающую среду

Состав атмосферного воздуха

Компоненты

атмосферы

азот (N 2 )

кислород (О 2 )

диоксид углерода (СО 2 )

аргон (Ar)

пары воды

Число автомобилей на трассах и городах у нас возросло в 5 раз.

Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5 - 3 кг свинца в год

При нарушении работы карбюратора увеличивается содержание СО и СО 2 в атмосфере

Это приводит к образованию парникового эффекта

В крупных городах отработанные газы автомобилей создают смог

Выхлопные газы газотурбинных двигателей содержат СО 2 , NО 2 , углеводороды, сажу, альдегиды

При старте и возвращении на Землю ракетные двигатели разрушают озоновый слой Земли

Заболевания, вызванные загрязнением окружающей среды

• Бронхит
• Бронхиальная астма
• Пневмония
• Сердечная недостаточность
• Инсульт
• Язва желудка

Альтернативные источники энергии

Альтернативными (или возобновляемыми) источниками энергии ( ВИЭ ) называют источники энергии, позволяющие получать энергию без использования традиционного ископаемого топлива (нефти, газа, угля и т.п.)

Приливная

электростанция

Механическая (кинетическая)

энергия воды

Механическая (кинетическая)

энергия турбины

Электрическая энергия

Приливная электростанция

Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

Приливная электростанция

Преимущества

Недостатки

Ветряная электростанция

Кинетическая

энергия ветра

Механическая (кинетическая)

энергия турбины

Принцип действия:

ветер крутит лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора.

Генератор в свою очередь вырабатывает электрическую энергию.

Электрическая энергия

Ветряная электростанция

Преимущества

Недостатки

Геотермальные электростанции

Преобразуют внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электричество.

Энергия Земли

Внутренняя энергия пара

Механическая (кинетическая)

энергия пара

Механическая (кинетическая)

энергия турбины

Электрическая энергия

Геотермальные электростанции

Недостатки

Преимущества

Солнечная электростанция

Солнечная электростанция (СЭС) - инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию.

Энергия Солнца

Внутренняя энергия пара

Механическая (кинетическая)

энергия пара

Механическая (кинетическая)

энергия турбины

Электрическая энергия

Солнечная электростанция

Все солнечные электростанции (СЭС)

подразделяют на несколько типов:

• СЭС башенного типа
• СЭС тарельчатого типа
• СЭС, использующие фотобатареи
• СЭС, использующие параболические концентраторы
• Комбинированные СЭС
• Аэростатные солнечные электростанции

Солнечная электростанция

Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей - устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов.

Солнечная

электростанция

Преимущества

Недостатки

Всем нам необходимо задуматься над вопросом:

тепловая машина – это добро или зло???

Решение этой проблемы в первую очередь зависит от нас с вами!!!