Билет №9

Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием. Существует два способа перехода жидкости в газообразное состояние: испарение и кипение.

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением. Если быстро движущаяся молекула оказывается на поверхности жидкости, она может вылететь, и такие молекулы образуют пар. При этом жидкость охлаждается. Испарение происходит при любой температуре. Чем выше температура, тем быстрее испарение.

Кипение – процесс парообразования по всему объёму при постоянной температуре. Энергия переходит в потенциальную энергию взаимодействия молекул, они удаляются. Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией. Конденсируюсь, пар отдаёт то количество энергии, которая пошла на его образование.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется удельной теплотой парообразования.

Билет №10

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Первый такой двигатель был изобретён в конце XVII в. Джеймсом Уаттом. Любой тепловой двигатель состоит из 3 основных частей: рабочего вещества (пар или газ), нагревателя и холодильника (атмосфера). Рабочее вещество, получив некоторое количество теплоты от нагревателя, расширяется и совершает работу за счёт своей внутренней энергии. Часть внутренней энергии превращается в механическую энергию, а часть отдаётся холодильнику. Существует несколько видов тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания — очень распространённый вид теплового двигателя. Топливо в нём сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе. Такой тип теплового двигателя обычно устанавливают на большинстве автомобилей. Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта (впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска). Поэтому такие двигатели называют четырёхтактными.

Турбина – тип теплового двигателя, в котором пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Применяют турбины на тепловых электростанциях и на кораблях.

В реактивном двигателе при сгорании топлива газы за счёт давления в камере сгорания приобретают некоторый импульс относительно ракеты, и в соответствии с законом сохранения импульса сама ракета тоже получает импульс. Используется в космических кораблях и самолётах.

Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть энергии, которая выделяется топливом. Бóльшая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве.

Отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя. КПД теплового двигателя определяют по формуле:

где А_п — полезная работа, A_з — работа, совершённая двигателем. КПД выражается в процентах.

КПД двигателя обычно выражают в процентах. Он всегда меньше единицы, т. е. меньше 100% . Например, КПД двигателей внутреннего сгорания 20—40% , паровых турбин — выше 30% .

1. Паровая или газовая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель работают на базе ископаемого топлива. В процессе работы многочисленных тепловых машин возникают тепловые потери, которые, в конечном счёте, приводят к повышению внутренней энергии атмосферы, т. е. к повышению её температуры. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному изменению природных условий.

2. При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

3. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу две-три тонны свинца.

С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путём повышения КПД, их регулировки и создания новых двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами, например, электрических, солнечных, пневматических, гидравлических или водородных.