История изобретения тепловых машин и двигателей. Выполнила Ученица 8 класса А Асриян Элона
Что такое тепловая машина? • Тепловой машиной называется устройство, в котором внутренняя энергия превращается в механическую. • Примеры тепловых машин : Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) а) карбюраторный двигатель б) дизельный двигатель в) реактивный двигатель Паровые и газовые турбины.
Что такое тепловой двигатель? • Тепловым двигателем называют устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии топлива. • Виды тепловых двигателей: а)паровая машина б)двигатель внутреннего сгорания в)газовая и паровая турбины г)реактивный двигатель
present5.com
Теплово́й дви́гатель — устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии топлива, тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. (Возможно использование изменения не только объёма, но и формы рабочего тела, как это делается в твёрдотельных двигателях, где в качестве рабочего тела используется вещество в твёрдой фазе.) Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охладителем.
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).Работа, совершаемая двигателем, равна:
, где:Коэффициент полезного действия (КПД) 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. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя() и холодильника():
Дви́гатель Сти́рлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые; по рабочему циклу непрерывного действия, 2- и 4-тактные; по способу приготовления горючей смеси с внешним (напр., карбюраторные) и внутренним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0,4-0,5. Первый двигатель внутреннего сгорания сконструирован Э. Ленуаром в 1860. В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск.
Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в базовом режиме. Таким образом колёса локомотива (электровоза) также, как и в 19 веке, вращает энергия пара. Но тут есть два существенных отличия. Первое отличие заключается в том, что паровоз 19 века работал на качественном дорогом топливе, например на антраците. Современные же паротурбинные установки работают на дешевом топливе, например на канско-ачинском угле, который добывается открытым способом шагающими экскаваторами. Но в подобном топливе много пустого балласта, который транспорту не приходится возить с собой вместо полезного груза. Электровозу не надо возить не только балласт, но и топливо вообще. Второе отличие заключается в том, что тепловая электрическая станция работает по циклу Ренкина, который близок к циклу Карно. Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм. Цикл Ренкина состоит из двух адиабат, изотермы и изобары с регенерацией тепла, которая приближает этот цикл к идеальному циклу Карно. На транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как у транспортного средства есть ограничения по массе и габаритам, которые практически отсутствуют у стационарной установки.
Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в пиковом режиме. Порой в качестве газотурбинной установки используют списанные по технике безопасности воздушно-реактивные двигатели.
(источник журнал “Техника молодёжи“)== == Здесь в качестве рабочего тела используется твёрдое тело. Здесь изменяется не объём рабочего тела, а его форма. Позволяет использовать рекордно малый перепад температур.
dik.academic.ru
История создания тепловых двигателей
Автор: Дуванова Е.А.
уч-ца 8 «А» класса
МОУ СОШ №1
Действительно ли история развития тепловых двигателей - это история прогресса?
Тепловые двигатели имеют исключительно важное значение в жизни человеческого общества, развитии техники, энергетики и транспорта. Изобретение паровой машины имело исключительно большое значение для перехода к машинному производству, сделало возможным изобретение парохода(1807), и паровоза (1814).Изобретение паровой турбины позволило резко увеличить мощности электростанций. В настоящее время паровая турбина—основной первичный двигатель на тепловых и атомных электростанциях.
Изобретение двигателя внутреннего сгорания вызвало к жизни автомобилестроение и авиацию.
Тепловой двигатель — тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию.
Первым устройством для превращения теплоты в работу могла быть паровая пушка «Архитронито». Ее название можно перевести как сильный гром. Описание этого прибора имеется у Леонардо да Винчи, приписывающего его Архимеду.
Прообразом теплового двигателя считается созданный в I в. до н. э. выдающимся ученым и изобретателем того времени Героном Александрийским так называемый эолипил.Этот эолипил представлял собой полый шар, который можно было заставить вращаться, разведя под ним огонь. Для этого в вертикальной плоскости шар был снабжен двумя выступающими диаметрально противоположными изогнутыми трубками и под ним был установлен сосуд, частично заполненной водой. Когда под сосудом разводили огонь, вода в нем закипала, выделявшийся пар поступал во внутреннюю полость шара по паропроводам и вытекал из нее по изогнутым трубкам, вызывая вращение шара.
По существу, эолипил - это не что иное, как паровая реактивная турбина. Конечно, эолипил не соответствует определению теплового двигателя, так как он ничего не приводит в движение, это просто красивая игрушка, но в нем, безусловно, теплота превращается в механическую работу, а идея использования энергии пара путем разгона его и подачи струй в окружном направлении была позднее использована при создании паровых турбин.В алтайской глуши к шестидесятым годам XVIII в. сформировался замечательный человек. Изобретатель и конструктор, технолог и машиностроитель, строитель пильных мельниц и рудотолчейно-промывальных предприятий, знаток руд и строительных материалов, опытный горняк и металлург, механик и математик, физик и метеоролог, мастер тонких опытов и искусник в приборостроении, педагог и график -- таким был этот выдающийся представитель русской технической мысли. - И.И.Ползунов.
Он поставил перед собой задачу создать
"огненную машину, способную по воле нашей, что будет потребно исправлять".
22 января 1765 г. колывано-воскресенское горное начальство приняло решение о машине Ползунова, подтверждавшее решение, принятое еще в прошлом году, но все еще не осуществленное. Началось строительство, но вести его пришлось в полном несоответствии с тем, как хотел изобретатель. Вместо небольшой опытной установки пришлось сразу приступить к сооружению огромной производственной "машины большого корпуса". Вопреки необходимости предварительно освоить новую технику и подготовить людей пришлось немедленно заняться грандиозным по тому времени строительством, сооружая машину, достигавшую высоты 11 метров. Основными помощниками Ползунова считались юные ученики, особенно Дмитрий Лезвин и Иван Черницын.20 мая 1765 г. было уже готово сто десять частей установки, не считая котла с его арматурой и гарнитурой. Отдельные части весили более ста семидесяти пудов. Наибольший диаметр котла составлял 3,5 метра. Паровые цилиндры имели в высоту 2,8 метра. На исходе 1765 г. теплосиловая установка Ползунова была закончена. На берегу заводского пруда возвышалось машинное здание высотой более 18 метров.
В условиях феодально-крепостнического производства паровая машина И. И. Ползунова не могла, конечно, получить всеобщего распространения. Однако использование отдельных машин и, во всяком случае, использование уже построенной машины было и возможным, и целесообразным. Это понимали передовые русские деятели. А. И. Порошин, уже престарелый и отходивший от дел, еще в 1767 г. настаивал на продолжении дела Ползунова. Однако его не поддержали ни Кабинет, в ведении которого находился Алтай, ни Академия наук. Определенную роль сыграло то, что видевшие в натуре эту машину и впервые описавшие ее в печати Паллас и Фальк все извратили, вплоть до самого имени творца новой машины. Начатое Палласом и Фальком завершили Ирман и Меллер, физически уничтожившие машину Ползунова.
УАТТ (Watt) Джеймс (19.1.1736, Гринок, Шотландия, — 19.8.1819, Хитфилд, Англия), - английский изобретатель, создатель универсальной паровой машины, член Лондонского королевского общества (1785). С 1757 работал механиком в университете в Глазго, где познакомился со свойствами водяного пара и сам с большой точностью провёл, пользуясь котлом Д. Папена, исследование зависимости температуры насыщенного пара от давления. У. в 1765 построил экспериментальную машину с диаметром цилиндра 16 см, а в 1768 — первую большую паровую машину.
В 1774 постройка парового двигателя была завершена; дальнейшие испытания показали, что этот двигатель оказался более чем в 2 раза эффективнее лучших машин Ньюкомена. В 1782 получил английский патент на паровой двигатель с расширением. У. ввёл первую единицу мощности — лошадиную силу (позднее его именем была названа другая единица мощности — ватт). Паровая машина У. благодаря экономичности получила широкое распространение и сыграла огромную роль в переходе к машинному производству.
КАРНО (Carnot) (Никола Леонар) Сади (1796-1832), французский физик и инженер, один из основателей термодинамики. Труд Карно был, по существу, первым серьезным теоретическим исследованием принципов работы тепловых машин. Хотя он пользовался уже в его время отвергавшимся многими физиками представлением о теплороде, приток которого вызывает нагревание, а отток — охлаждение вещества, ему удалось открыть целый ряд положений, играющих определяющую роль в работе этих машин.Попытки Карно напрямую связать коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины (это — тоже его термин) с температурой нагревателя и холодильника не увенчалась успехом только потому, что в то время еще не была известна абсолютная шкала температур.Но он понял очень многое. Так, он дал глубокий анализ того, водяной пар или воздух выгоднее использовать в качестве рабочего вещества в тепловой машине, доказал, что максимальный теоретически возможный КПД не зависит от конструкции тепловой машины, а определяется только температурой нагревателя и холодильника, и установил много других важнейших положений.
freepapers.ru
