Тепловой двигатель

1. Тепловой двигатель.

Авторы: Федорова
НН.,
учитель физики
МБОУ «СОШ № 4»,
Федоров С.А.
учащийся 10 класса

2. Содержание:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
Определение теплового двигателя;
Принцип действия теплового двигателя;
КПД теплового двигателя;
Идеальная тепловая машина, цикл Карно;
История изобретения парового двигателя;
Паровые машины (демонстрация модели
паровой машины→, принцип действия→,
прямоточный ТД→, паровая турбина→);
ДВС (принцип действия→,дизельный
двигатель→, применение→);
Выводы;
Информационные ресурсы.
Нажмите на прямоугольник
справа у
темы и перейдете на нужный слайд

3. Что такое тепловой двигатель?

Тепловым двигателем называется
устройство, способное превращать часть
полученного количества теплоты в
механическую работу.

4. Принцип действия ТД

Механическая работа в тепловых
двигателях производится в
процессе расширения рабочего
тела (пар или газ)
Тепловой резервуар с более
высокой температурой,
передающий теплоту тепловому
двигателю, называется
нагревателем, а забирающий
остатки тепла с целью вернуть
рабочее тело в исходное
состояние – холодильником.
Реально существующие тепловые
двигатели (паровые машины,
двигатели внутреннего сгорания и
т.д.) работают циклически.

5. КПД теплового двигателя

Отношение механической работы,
совершаемой двигателем, к
израсходованной энергии
называется коэффициентом
полезного действия КПД.
Q1 Q2
*100%
Q1
где Q1 - теплота, полученная рабочим
веществом от нагревателя, Q2 - теплота,
отданная рабочим веществом холодильнику.

6. Идеальная тепловая машина Карно

Сади Карно
придумал идеальную
тепловую машину с
идеальным газом в
качестве рабочего
тела.
Для того, чтобы
двигатель работал,
нужно чтобы работа
при расширении газа
была больше, чем
работа при сжатии.
Сади Карно

7.

Цикл Карно состоит
из двух изотерм и
двух адиабат
1-2 Изотермическое
расширение
2-3 Адиабатическое
расширение
3-4 Изотермическое
сжатие
4-1 Адиабатическое
сжатие
Этот цикл помогает определить КПД для идеальной тепловой машины,
а значит максимальное КПД для реальной тепловой машины :
η
Т
1 – Т2
=
Т1

8. История изобретения парового двигателя.

Первое известное
устройство, приводимое в
движение паром, было
описано Героном из
Александрии в первом
столетии — это так
называемая «баня
Герона», или «эолипил».
Пар, выходящий по
касательной из дюз,
закрепленных на шаре,
заставлял последний
вращаться.

9.

Первым изобретателем
двигателя, работавшего при
помощи пара, был Денис
Папен (1647-1714),
работавший с 1672 г. в
Парижской академии наук в
лаборатории Гюйгенса.
Папен считается
изобретателем парового
котла, проложив таким
образом путь к паровому
двигателю Ньюкомена
Проект Дени Папена для
машины с поршнем и
цилиндром, 1680

10. Пожарная установка

Первым примененным на
производстве паровым
двигателем была
«пожарная установка»,
сконструированная
английским военным
инженером Томасом
Сейвери в 1698 году.
На свое устройство Сейвери
в 1698 году получил патент.
Это был поршневой
паровой насос.
Недостатком его была
большая потеря тепла и
небезопасность
(трубопроводы двигателя
иногда взрывались.)
Томас Сейвери

11. Двигатель Ньюкомена

Затем английский кузнец
Томас Ньюкомен в 1712
году продемонстрировал
свой «атмосферный
двигатель».
Это был
усовершенствованный
паровой двигатель Сейвери,
в котором Ньюкомен
существенно снизил
рабочее давление пара.
Схема работы паровой машины
Ньюкомена.

12.

Пар показан
лиловым
цветом,
вода - синим.
Открытые
клапаны
показаны
зеленым
цветом,
закрытые красным

13. Паровая машина И.И.Ползунова

Машина Ньюкомена не была
пригодна для приведения в
действие станков и других
рабочих механизмов.
Ее усовершенствовал русский
техник Иван Иванович
Ползунов.
В России в 1764 году механик
И.И.Ползунов создал паровую
машину для приведения в
действие воздуходувных
мехов на Барнаульских
Колывано-Воскресенских
заводах.
Макет паровой
машины Ползунова

14.

Джеймс Уатт
Окончательное решение задачи
создания машины для
превращения теплоты в
механическую работу при
помощи пара принадлежит
англичанину Джеймсу Уатту
(1736-1819).
Основное отличие машины
Уатта от всех предшествующих движущей силой было не
атмосферное давление, а
давление самого пара.

15. Паровые повозки

После изобретения Уаттом
паровой машины началась
механизация сухопутного и
водного транспорта.
1770 г.-Н. Ж. Кюньо
построил паровую повозку.
1813 г. Блакетт поставил
локомотив с гладкими
ободами колес на рельсы.
Именно 23 октября 1769 года
французский офицер Николя
Жозеф Кюньо
продемонстрировал
уменьшенную копию первой
самодвижущейся повозки на
паровой тяге

16. Первые паровозы

1829 г. Джордж Стефенсон
построил локомотив.
В России первый
действующий паровоз был
построен Е. А. и М. Е.
Черепановыми на НижнеТагильском заводе в 1834
году для перевозки руды.
Он развивал скорость 13
вёрст в час и перевозил
более 200 пудов (3,2 тонны)
груза.
Длина первой железной
дороги составляла 850 м.
Е.А.Черепанов
М.Е.Черепанов

17. Паровые машины высокого давления

В 1811 году Р. Тревитник усовершенствовал
машину Уатта, для того чтобы приспособить ее
к новым котлам Корниша.
Давление пара над поршнем достигло 275 кПа ;
кроме того, был существенно
усовершенствован конденсатор.
Такие машины получили название машин
Корниша, и строились вплоть до 1890-х годов.
Важное отличие машин
высокого давления от
вакуумных состоит в том,
что давление
отработанного пара
превышает атмосферное
или равно ему.

18. Изобретение паровой турбины

В 1884 г. английский
инженер Чарльз
Парсонс создал
паровую турбину.
Спустя несколько лет
после изобретения,
его турбины стали
широко
использоваться на
судах и на
электростанциях.

19. Создание дизельного двигателя

Двигатель, всем
известный по
имени создателя
Рудольфа Дизеля,
впервые был
построен на
Аугсбургском
заводе в 1897г.

20. Паровая машина

тепловой поршневой
двигатель для
преобразования
энергии водяного
пара в механическую
работу.
Пар, поступая в
цилиндр паровой
машины, перемещает
поршень.

21. Демонстрация модели паровой машины

22. Принцип действия парового двигателя

Паровые двигатели и
турбины относятся к
двигателям внешнего
сгорания, так как
нагрев происходит вне
рабочей камеры,
обычно за счет
сжигания топлива.
В простых паровых
машинах пар создает
давление на одной
стороне цилиндра,
заставляя его
двигаться.
Двухцилиндровый паровой
двигатель

23. Прямоточный паровой двигатель двойного действия.

Впуск
Прямоточный
пара
паровой двигатель
двойного действия.
Прямоточные
двигатели позволяют
снизить тепловые
потери за счет
резкого уменьшения
колебаний
температуры в
цилиндре.
Выхлопное
отверстие
Впуск
пара при
обратном
ходе

24. Устройство прямоточного парового двигателя

1-захлоп. клапан
2-впускное отверстие
3-поршень
4- выхлопное отверстие;
5-впускное отверстие;
5
1
3
2
4
10-шатун;
7-быстродействующий 11-маховик
захлопочный клапан;
8- направляющая;
9- золотник;
Возвратно-поступательное движение
поршня в этом прямоточном паровом
двигателе передается через шатун на
большой маховик, заставляя его
вращаться.
7
6
6- шток поршня;
8
10
9
11

25. Компаунд

При сильном расширении
пара охлаждающий эффект
может вызвать большие
тепловые потери в
двигателе.
Один из методов борьбы с
перепадом температур в
цилиндре был предложен в
1804 году английским
инженером А. Вульфом,
который запатентовал
Компаундную паровую
машину высокого
давления Вульфа.
Появление этого типа
паровых машин стало
особенно актуальным для
флота.
Паровые двигатели с двумя
и более цилиндрами
(высокого, среднего и
низкого давления)
называются компаундами
Цилиндр Цилиндр
высокого среднего
давления давления
Цилиндр
низкого
давления
работа паровой машины с
тройным расширением.

26. Паровая турбина

В паровых турбинах пар
вращает оснащенные
лопатками роторы.
Пар производят в
котлах, нагреваемых
при сжигании нефти и
угля. На атомных
электростанциях тепло
обеспечивают ядерные
реакции.

27. Устройство и принцип действия турбины.

Главным рабочим
органом турбины
является ротор,
оснащенный рядом
лопаток.
Он находится
внутри корпуса с
неподвижными
лопатками,
направляющими
поток пара. Пар
высокого давления
вращает ротор.
Одноступенчатая радиальная
турбина, компаундированная по
скорости

28. Устройство радиальной турбины

3
1-Механизм
управления
впускным
клапаном;
4
2
2-впускной клапан;
1
3-паровое сопло;
5
6
7
8
4-редукторы
скорости;
5,6 -подвижные
лопатки ;
7-промежуточные
неподвижные
лопатки;
8-выпуск пара

29. Принцип действия роторной турбины.

Компаунд давления
6 ступеней
высокого давления
Неподвижные
лопатки
Выпуск
пара
4 ступени низкого
давления
Один из путей решения данной проблемы- установление
нескольких рядов лопаток турбины, чтобы давление снижалось
на каждом из них. Такие турбины называют
компаундированными по давлению

30. Применение турбин

На пароходах как
привод для
электрогенератора;
На судах для вращения
гребного винта;
На электростанциях
служат приводами для
генераторов тока.

31. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ДВС- это тепловой двигатель,
в котором часть
химической энергии
топлива преобразуется в
механическую энергию.
Устройство: цилиндр 1,
поршень 2, соединенный
при помощи шатуна 3 с
коленчатым валом 4,
впускной 5 и выпускной 6
клапан
5
3
4
6
1
2

32. Двигатель внутреннего сгорания

1такт –Впуск горючей смеси
2 такт-Сжатие
рабочей смеси
3 такт- Рабочий ход поршня
4 такт- Выпуск
отработанных газов из
цилиндра двигателя
В дизельных двигателях
горючая смесь
воспламеняется под
действием высокого
давления.
Подробнее

33. Дизельный двигатель

Если нет настроек для открытия флешобъекта, нажмите сюда

34. Применение ДВС

Карбюраторные
двигатели внутреннего
сгорания применяются
почти во всех
современных
автомобилях;
В машинах большой
мощности применяют
Дизельные двигатели

35. Выводы:

Тепловые двигатели находят широкое
применение на производстве, в
машиностроении, энергетике,
судостроительстве, сельском хозяйстве.
Нет практически ни одной области
жизнедеятельности человека, где бы не
использовались ТД, осталось только
решить проблему с загрязнением
окружающей среды и повышением КПД,
ведь он в несколько раз ниже КПД
электродвигателей

36. Информационные ресурсы:

А.В.Перышкин. Физика. 8 класс–М.: Дрофа, 2008 год, стр.53-57;
Г.Я.Мякишев. Молекулярная физика и термодинамика. Учебник для углубленного
изучения физики. 10 класс.М: Дрофа, 2004 год;
Все цифровые образовательные ресурсы взяты с сайта: http:\\www.schoole-collection.edu.ru.
http://by-time.ru/events/detail.php?ID=5402
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%
BE%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%
D1%8C
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA%D0%BB_%D0%9A%D0%B0%D1%
80%D0%BD%D0%BE
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Dampfturbine_Montage01.
jpg
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Curtis-turbina.jpg
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8
F_%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8
F_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Steam_engine_in_action.g
if
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B
5%D0%BB%D1%8C_%D0%B2%D0%BD%D1%83%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BD%
D0%BD%D0%B5%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0
%BD%D0%B8%D1%8F
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Daimler-Benz_DB_602.jpg
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Mazda_rotary_engine_earl
y.jpg
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:J85_ge_17a_turbojet_engi
ne.jpg
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Two-Stroke_Engine.gif

37. СР № 8 СУ № 6. Кирик

6. Для изобарного нагревания газа,
количество вещества которого 800
моль, на 500 К ему сообщили
количество теплоты 9,4 МДж.
Определить работу газа и
приращение его внутренней
энергии.

38. СР № * ДУ № 3.

3. При изобарном расширении 80 г
кислорода с температурой 300 К
его объем увеличился в 1,5 раза.
Определить количество теплоты,
израсходованной на нагревание
кислорода, работу, совершенную
для его расширения, и изменение
внутренней энергии газа.