Билет № 7 Тепловые двигатели: виды, назначение, применение. Кпд тепловых двигателей.

Д вигатели – устройства, способные совершать работу. Большая часть двигателей на Земле – тепловые. Машины, производящие механическую работу за счёт тепловой энергии называются тепловыми двигателями. Тепловые двигатели бывают: поршневые, турбинные, реактивные. Во всех типах таких двигателей непрерывное или периодически повторяющееся получение работы возможно только в том случае, когда совершающая работу машина не только получает тепло от какого-то тела (нагревателя), но и отдает часть тепла другому телу (холодильнику). Л юбой тепловой двигатель состоит из трёх частей: нагревателя, холодильника и рабочего тела. От нагревателя поступает количество теплоты Q₁ рабочему телу. Рабочее тело совершает работу А. Чтобы вернуть рабочее тело в исходное состояние, необходимо его охладить, т.е. часть тепла отдать холодильнику Q₂. Рабочим телом является газ. Холодильником является атмосфера или специальные устройства. Отношение механической работы, совершаемой двигателем, к израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия КПД (η ). Поскольку в тепловом двигателе совершенная работа есть разница между теплотой, полученной от нагревателя и теплотой, отданной охладителю, то: Работа, совершаемая двигателем, равна: А = Q₁- Q₂ Q₁ — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q₂ — количество теплоты, отданное холодильнику. Коэффициент полезного действия (КПД) η теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1(менее 100%) Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя(T₁) и холодильника(T₂):

В настоящее время все усилия направлены на повышение КПД двигателей за счёт уменьшения трения частей двигателя. Повышение КПД – важнейшая техническая задача. Тепловые двигатели используются очень широко. Их применяют на тепловых электростанциях, где вырабатывается боле 80% всей электроэнергии. Паровые турбины устанавливаются на атомных электростанциях. Они имеют больший КПД. Тепловые двигатели устанавливают на всех видах транспорта. На автомобильном транспорте используют дизельные двигатели (с образованием горючей смеси внутри двигателя) и карбюраторные (с внешним образованием горючей смеси). На железных дорогах используют тяжеловозы с дизельными установками. В строительстве используют дизель для трамбовки и молоты для забивания свай. Газотурбинные установки применяют в авиации, металлургии. Реактивные двигатели для космических кораблей тоже тепловые. В процессе работы многочисленных тепловых машин возникают тепловые потери, которые в конечном счете приводят к повышению температуры окружающей среды.. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному изменению природных условий. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы. С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путем повышения КПД, их регулировки и создания новых двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами. Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.