Физика § 5

Оглавление
> Параграф 5

§ 5. Термические
машины.

1. Термические
движки.
Термические движки превращают
часть внутренней энергии системы в механическую и за счет нее совершают механическую
работу.
Для работы термического мотора
нужно наличие 3-х тел: нагревателя, рабочего тела и холодильника (рис.
5.1).
Термический двигатель работает
циклично. Получив от нагревателя некое количество теплоты Q1,
рабочее тело, расширяясь, совершает механическую работу A, потом ворачивается
в начальное состояние — сжимается, при всем этом неизрасходованную часть теплоты
Q2 оно дает холодильнику.

Физика § 5
Рис. 5.1.

Работа за один цикл
равна:
A = Q1 —
Q2,
а к.п.д. термического мотора рассчитывается по формуле:
Физика § 5
У первых паровых машин к.п.д.
не превосходил 10-15%. К.п.д. современных паровых турбин, применяемых на
электрических станциях, близок к 25%, а у газовых турбин он добивается 50%. Движки
внутреннего сгорания имеют к.п.д. 40-45%, а у турбореактивных движков
он равен 60-70%.
Нереально сделать термическую
машину, которая всю теплоту, полученную от нагревателя, превращала бы в механическую
работу.
Это другая формулировка второго начала термодинамики.

2. Холодильные
установки.
Холодильные установки (термические
насосы) перекачивают теплоту от «прохладного» тела к подогретому за счет
механической работы.
Так как теплота в таком направлении
самопроизвольно передаваться не может, то холодильные установки работают на
энергии наружного источника. Расширяясь, рабочее тело отбирает у прохладного тела
некое количество теплоты Q2, потом за счет механической
работы A происходит сжатие рабочего тела при более высочайшей температуре,
при всем этом подогретому телу передается количество теплоты Q1 (рис.
5.2).

Физика § 5
Рис 5.2.

Количество
теплоты, отбираемое у прохладного тела, равно:
Q2 = Q1
— A,
а эффективность работы холодильной установки определяется холодильным коэффициентом:

Термический насос (холодильная
установка) может быть применен и в качестве отопительной машины. Принцип
деяния в данном случае остается прежним — теплота перекачивается из «прохладной»
среды в отапливаемое помещение за счет механической работы. Эффективность
работы отопительной машины определяется отопительным коэффициентом:

На рис. 5.3 изображено
устройство агрегата домашнего холодильника. Агрегат состоит из компрессора 2,
конденсатора 1, крана 4 и испарителя 3.

Физика § 5
Рис. 5.3.

Газообразный
фреон при помощи компрессора, работающего от электродвигателя, сжимается в конденсаторе
и перебегает в жидкое состояние. При сжатии он рассеивает теплоту в окружающую
среду. Через автоматом открывающийся клапан водянистый фреон поступает в испаритель.
Переходя при низком давлении перебегает в газообразное состояние, фреон очень
охлаждается и конфискует теплоту от морозильной камеры.

3. Рабочий
цикл бензинового двигателя.

Физика § 5Физика § 5Физика § 5Физика § 5
Рис. 5.4.

Работа
бензинового двигателя состоит из 4 тактов (рис 5.4):
I такт —
впуск. Раскрывается впускной клапан 1, и поршень 2, двигаясь вниз, засасывает
в цилиндр горючую смесь из карбюратора.
II такт —
сжатие. Впускной клапан запирается, и поршень, двигаясь ввысь, сжимает
горючую смесь, которая при сжатии греется.
III такт —
рабочий ход (сгорание). Когда поршень добивается верхнего положения (при
резвом ходе мотора несколько ранее), смесь поджигается электронной искрой,
вырабатываемой свечой. Сила давления газов — раскаленных товаров сгорания
горючей консистенции — толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому
валу, и этим совершается нужная работа. Производя работу и расширяясь, продукты
сгорания охлаждаются, и давление их падает (к концу такта практически до атмосферного).
IV такт —
выпуск (выброс). Раскрывается выпускной клапан 3, и переработанные продукты
горения выбрасываются через глушитель в атмосферу.
Так как из
4 тактов только один, 3-ий, является рабочим, на автомобилях с целью
получения равномерной работы мотора ставится четыре, 6 и поболее цилиндров,
установленных на общем валу так, что при каждом такте по последней мере один из
цилиндров совершает рабочий ход.
Более
экономным является дизельный двигатель, работающий на дешевеньких сортах горючего.
В его цилиндр всасывается не горючая смесь, а атмосферный воздух. Делается
11-12-кратное сжатие
воздуха, при всем этом температура подымается до 600-700
°C. Сначала третьего такта при помощи форсунки, работающей от сжатого воздуха,
в цилиндр впрыскивается горючее, которое из-за высочайшей температуры само воспламеняется.
Горение тут длится существенно подольше, чем в карбюраторном движке.

Физика § 5Физика § 5
Рис. 5.5.

На
рис. 5.5 изображен рабочий цикл бензинового двигателя исходя из убеждений
происходящих в нем газовых процессов для карбюраторного мотора (слева):

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *