В тепловом двигателе внутренняя энергия газа или пара частично превращается в механическую энергию

Обновлено: 04.02.2025

Презентация на тему: " Пар или газ, расширяясь, может совершить работу. При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию. Устройства, в которых внутренняя." — Транскрипт:

2 Пар или газ, расширяясь, может совершить работу. При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию. Устройства, в которых внутренняя энергия пара или газа (рабочего тела) превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.

4 При нагревании воды в закрытой пробкой пробирке увеличивается количество пара, находящегося под пробкой, и повышается его давление на пробку. Наконец, давление пара выталкивает пробку, при этом пар совершает работу. Часть первоначальной энергии пара пошло на совершение работы по выталкиванию пробки. Внутренняя энергия пара превратилась в механическую энергию. Так как пар выходит еще достаточно горячий, то оставшуюся энергию он отдает окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру

5 Две с лишним тысячи лет тому назад, в 3 веке до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунки пушки Архимеда были найдены позднее в рукописях Леонардо да Винчи. При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой, как бы цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

6 ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ( четырехтактный ) Двигатель состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень

7 Сгорание топлива происходит внутри двигателя. Двигатель работает на жидком топливе. Повторяющийся рабочий цикл двигателя состоит из четырех процессов (тактов): а) впуск, б) сжатие, в) рабочий ход, г) выпуск.

8 Первые авто Транспортное средство Ленуара (1863) (Франция) Автомобиль Маркуса ( ) (Австрия) Деламар -Дебутвилль (1884) (Франция) Автомобиль по патенту Бенца (1886) (Германия)

9 горючее, а в первых ракетах это был пороховой заряд, сгорает в камере сгорания, и образовавшиеся газы с большой скоростью вылетают из отверстия - сопла. Вылет газов сопровождается отдачей. В результате этой отдачи возникает сила, приложенная к двигателю и направленная противоположно направлению вылета газовой струи. Развитие реактивных двигателей началось в 40-вых годах 20 века. Первое применение они нашли в военной технике: в гвардейских минометах "Катюша", в немецких ракетах ФАУ, затем в реактивных самолетах. Принцип действия ракетного двигателя состоит в следующем:

10 ИНТЕРЕСНО. что на автомобилях ставят глушители, а если их нет, то выпуск отработанных газов происходит с большим шумом. Дело в том, что отработанные газы при выпуске из цилиндра имеют значительно большее давление, чем атмосферный воздух. Расширяясь с большой скоростью, они создают шум. Смысл работы глушителя состоит в уменьшении скорости выхода газа из цилиндра двигателя.

12 Самый дорогой авто (Шведский супер-кар) Максимальная скорость км/ч Разгон с места до 100 км/ч с двигатель V8, объём 5.0 л Цена Euro

13 Самый мощный авто Bugatti Veyron л.с. Максимальная скорость 405 км/ч Разгон с места до 100 км/ч - 2,9 с Двигатель W16, объем л Привод полный Снаряженная масса 1950 кг Цена $ Самые мощные авто.

Нагрев газа происходит благодаря сжиганию топлива: на тепловых электростанциях — угля, газа или мазута, в ракетах — ракетного топлива, в двигателях внутреннего сгорания — бензина или дизельного топлива.

Таким образом, в тепловом двигателе происходят такие преобразования энергии:

• при сжигании топлива его внутренняя энергия переходит во внутреннюю энергию пара (газа);

• расширяясь, газ выполняет работу — при этом внутренняя энергия газа частично превращается в механическую энергию.

Здесь Q1 — количество теплоты, переданное рабочему телу (газа) при сжигании топлива; А — основные двигателем механическая работа (например, с разгона автомобиля); Q2 — количество теплоты, переданное окружающей среде.

Из приведенной схемы видно, что при работе теплового двигателя далеко не вся энергия, выделившаяся при сгорании топлива, превращается в механическую: значительное количество теплоты передается окружающей среде. Вот почему в любом тепловом двигателе является устройство, специально предназначенный для охлаждения двигателя. Без постоянного охлаждения двигателя он перестает работать.

На рисунке ширина стрелок примерно соответствует числовым значениям соответствующих величин.

Почему в тепловых двигателях нельзя использовать внутреннюю энергию океана.

Океан слишком велик .

В стакане океанской воды очень мало полезной энергии.

Чтобы использовать энергию океана, тепловой двигатель должен быть как минимум размером с океан.

Гораздо проще использовать что - то более нагретое и горячее и небольшого размера.

Какое превращение энергии происходит в тепловых двигателях?

Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается во внутреннюю энергию газа или пара, а затем в механическую энергию, называют?

Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается во внутреннюю энергию газа или пара, а затем в механическую энергию, называют.

А)гидравлическими машинами Б) тепловыми двигателями В) простыми механизмами.

Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?

Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию.

1. Какие двигатели называют тепловыми?

2. Что в двигателе внутреннего сгорания называют нагревателем?

3. Что в двигателе внутреннего сгорания называют холодильником?

4. Что в двигателе внутреннего сгорания называют рабочим телом?

5. Что называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя?

6. На каком законе основана работа теплового двигателя?

7. Почему при сжатии горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания его температура увеличивается?

8. Когда газ в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией - в начале или в конце рабочего хода?

9. Для чего топливо в цилиндры двигателя внутреннего сгорания подаётся в распыленном состоянии?

10. Как влияет неполное сгорание топлива на коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания?

___________________на окружающую среду?

Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?

Океан обладает огромным , , неисчерпаемым запасом энергией ?

Океан обладает огромным , , неисчерпаемым запасом энергией .

Почему до сих пор не строят тепловых машин , которые использовали эту энергию?

Физика?

Какие переходы и превращения энергии происходят в тепловом двигателе?

Где использовали тепловые двигатели на начальном этапе их появления?

Где они могут использовать сейчас?

Каково основные недостатки такого способа преобразования энергии?

Какие еще тепловые двигатели кроме двигателей внутреннего сгорания оказывают отрицательное влияние на окружающую среду?

Какие еще тепловые двигатели кроме двигателей внутреннего сгорания оказывают отрицательное влияние на окружающую среду.

В тепловом двигателе газ под поршнем совершил работу против внешних сил?

В тепловом двигателе газ под поршнем совершил работу против внешних сил.

Как изменилась при этом его внутренняя энергия.

Вопрос Почему в тепловых двигателях нельзя использовать внутреннюю энергию океана?, расположенный на этой странице сайта, относится к категории Физика и соответствует программе для 10 - 11 классов. Если ответ не удовлетворяет в полной мере, найдите с помощью автоматического поиска похожие вопросы, из этой же категории, или сформулируйте вопрос по-своему. Для этого ключевые фразы введите в строку поиска, нажав на кнопку, расположенную вверху страницы. Воспользуйтесь также подсказками посетителей, оставившими комментарии под вопросом.

S = 0. 5 мм² L = 4 м U = 9. 6 B I = 2 A po = ? = = = R = U / I R = po * L / S po = U * S / (I * L) = 9. 6 * 0. 5 / (2 * 4) = 0. 6 Ом * мм² / м = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =.

Дано : с = 4200 Дж / кг°Сm = 5кгΔt = 8°СРешение : Q = m * c * ΔtQ = 5 кг * 4200 Дж / кг°С * 8°С = 168 000 Дж = 168 кДжОтвет : Q = 168 кДж(это 1. 25) дано V = 60 м3 p = 1, 29 кг / м3 c = 1000 Дж / кг * С Q - ? Q = c * m * (t2 - t1) = c * p * V * (t2..

1. Какие треугольники называются равными? 2. Что такое теорема и доказательство теоремы? 3. Объясните какой отрезок называется перпендикуляром, проведённом из данной точки к данной прямой. 4. Сформулируйте и докажите теорему о перпендикуляре, пров..

Увеличиться в 2 раза, так как в формуле линейной скорости вращения(U = wR) линейная зависимость.

R = 500 Ом t = 10 c U = 220 B Q = ? = = = Q = U² * t / R = 220² * 10 / 500 = 968 Дж = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =.

5 л = 0, 005 куб м m = 0, 005 * 890 = 4, 45 кг Q = 4, 45 * 392000000 = 1744400000 Дж = 1744, 4 Мдж.

R = R1 + R2 = 2 + 3 = 5 Ом I = U / R = 6 / 5 = 1, 2В U1 = I * R1 = 1, 2 * 2 = 2, 4В U2 = I * R2 = 1, 2 * 3 = 3, 6В.

80 / x + 70 / x ＝2 150 / x＝2 x＝75 Расстояние между пунктами а и б равно 75км.

Б) инерция потому что мензурка прибор для измерения также как и метр а ветер это природное явление.

1. Для механических явлений при определённых условиях выполняется закон сохранения механической энергии: полная механическая энергия системы тел сохраняется, если они взаимодействуют силами тяготения или упругости. Если действуют силы трения, то полная механическая энергия тел не сохраняется, часть её (или вся) превращается в их внутреннюю энергию.

При изменении состояния тела (системы) меняется его внутренняя энергия. Состояние тела и соответственно его внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: в процессе теплопередачи или путём совершения внешними силами работы над телом (работа, например, силы трения).

2. При решении задачи в предыдущем параграфе получено, что количество теплоты $ Q_1 $ , отданное горячей водой, равно количеству теплоты $ Q_2 $ , полученному холодной водой, т.е.: $ Q_1=Q_2 $ .

Записанное равенство называется уравнением теплового баланса. Оно связывает количество теплоты, полученное одним телом, и количество теплоты, отданное другим телом при теплообмене. При этом в теплообмене могут участвовать не два тела, а три и более. Например, если в стакан с горячим чаем опустить ложку, то в теплообмене будут участвовать стакан и чай (отдают энергию), и ложка и окружающий воздух (получают энергию). Как уже указывалось, в конкретных задачах мы можем пренебречь количеством теплоты, получаемым или отдаваемым некоторыми телами при теплообмене.

3. Уравнение теплового баланса даёт возможность определить те или иные величины. В частности, значения удельной теплоёмкости веществ определяют из уравнения теплового баланса.

Задача. Определите удельную теплоёмкость алюминия, если при опускании в стакан, содержащий 92 г воды при 75 °С, алюминиевой ложки массой 42 г при температуре 20 °С в стакане установилась температура 70 °С. Потерями энергии на нагревание воздуха, а также энергией, отдаваемой стаканом, пренебречь.

Анализ задачи. В теплообмене участвуют два тела: горячая вода и алюминиевая ложка. Вода отдаёт количество теплоты $ Q_1 $ и остывает от 75 до 70 °С. Алюминиевая ложка получает количество теплоты $ Q_2 $ и нагревается от 20 до 70 °С. Количество теплоты $ Q_1 $ , отданное горячей водой, равно количеству теплоты $ Q_2 $ , полученному ложкой.

Решение задачи в общем виде: уравнение теплового баланса: $ Q_1=Q_2 $ ; количество теплоты, отданное горячей водой: $ Q_1=c_1m_1(t_1-t) $ ; количество теплоты, полученное алюминиевой ложкой: $ Q_2=c_2m_2(t-t_2) $ . С учётом этого уравнение теплового баланса: $ c_1m_1(t_1-t)=c_2m_2(t-t_2) $ . Откуда: $ c_2=c_1m_1(t_1-t)/m_2(t-t_2) $ .

4. Закон сохранения энергии в тепловых процессах выполняется при нагревании тел за счёт энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Топливо — это природный газ, дрова, уголь, нефть. При его сгорании происходит химическая реакция окисления — атомы углерода соединяются с атомами кислорода, содержащимися в воздухе, и образуется молекула оксида углерода (углекислого газа) СO₂. При этом выделяется энергия.

При сгорании различного топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Например, хорошо известно, что природный газ является энергетически более выгодным топливом, чем дрова. Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров, которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа. Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения характеризуются величиной, называемой удельной теплотой сгорания топлива.

Удельная теплота сгорания топлива — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

Удельная теплота сгорания топлива обозначается буквой $ q $ , её единицей является 1 Дж/кг.

Значение удельной теплоты сгорания топлива определяют экспериментально. Наибольшую удельную теплоту сгорания имеет водород, наименьшую — порох.

Удельная теплота сгорания, например, нефти — 4,4·10 7 Дж/кг. Это означает, что при полном сгорании 1 кг нефти выделяется количество теплоты 4,4·10 7 Дж.

В общем случае, если масса топлива равна $ m $ , то количество теплоты $ Q $ , выделяющееся при его полном сгорании, равно произведению удельной теплоты сгорания топлива $ q $ на его массу $ m $ :

5. Предположим, что внутреннюю энергию тела $ U $ изменили, совершив над ним работу $ A $ и сообщив ему некоторое количество теплоты $ Q $ . В этом случае изменение внутренней энергии $ U $ равно сумме работы $ A $ , совершённой над телом, и переданного ему количества теплоты $ Q $ :

Записанное выражение представляет собой первый закон термодинамики 1 , который является обобщением закона сохранения энергии. Он формулируется следующим образом: изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы, совершённой над системой внешними силами, и количества теплоты, переданного системе.

1 Термодинамика — учение о тепловых процессах.

Предположим, что работу совершают не внешние силы, а само тело. Его работа в этом случае $ A^=-A $ и $ Q=U+A^ $ . Количество теплоты, переданное телу, идет на изменение его внутренней энергии и на работу тела против внешних сил.

6. Устройства, совершающие механическую работу за счёт внутренней энергии топлива, называются тепловыми двигателями.

Любой тепловой двигатель состоит из нагревателя, холодильника и рабочего тела (рис. 72). В качестве рабочего тела используются газ или пар, поскольку они хорошо сжимаются, и в зависимости от типа двигателя может быть топливо (бензин, керосин), водяной пар и пр. Нагреватель передаёт рабочему телу некоторое количество теплоты $ (Q_1) $ , и его внутренняя энергия увеличивается, за счет этой внутренней энергии совершается механическая работа $ (A) $ , затем рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты холодильнику $ (Q_2) $ и охлаждается при этом до начальной температуры. Описанная схема представляет цикл работы двигателя и является общей, в реальных двигателях роль нагревателя и холодильника могут выполнять различные устройства. Холодильником может служить окружающая среда.

Поскольку в двигателе часть энергии рабочего тела передается холодильнику, то понятно, что не вся полученная им от нагревателя энергия идет на совершение работы. Соответственно, коэффициент полезного действия двигателя (КПД) равен отношению совершенной работы $ (A) $ к количеству теплоты, полученному им от нагревателя $ (Q_1) $ :

Коэффициент полезного действия обычно выражают в процентах.

7. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания (ДВС): карбюраторный и дизельный. В карбюраторном двигателе рабочая смесь (смесь топлива с воздухом) готовится вне двигателя в специальном устройстве и из него поступает в двигатель. В дизельном двигателе горючая
смесь готовится в самом двигателе.

ДВС (рис. 73) состоит из цилиндра (1), в котором перемещается поршень (5); в цилиндре имеются два клапана (2, 3), через один из которых горючая смесь впускается в цилиндр, а через другой отработавшие газы выпускаются из цилиндра. Поршень с помощью кривошипно-шатунного механизма (6, 7) соединяется с коленчатым валом, который приходит во вращение при поступательном движении поршня. Цилиндр закрыт крышкой (4).

Цикл работы ДВС включает четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Во время впуска поршень движется вниз, давление в цилиндре уменьшается, и в него через клапан поступает горючая смесь (в карбюраторном двигателе) или воздух (в дизельном двигателе). Клапан в это время закрыт (рис. 73 а). В конце впуска горючей смеси закрывается клапан.

Во время второго такта поршень движется вверх, клапаны закрыты, и рабочая смесь или воздух сжимаются (рис. 73 б). При этом температура газа повышается: горючая смесь в карбюраторном двигателе нагревается до 300—350 °С, а воздух в дизельном двигателе — до 500—600 °С. В конце такта сжатия в карбюраторном двигателе проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется. В дизельном двигателе в цилиндр впрыскивается топливо, и образовавшаяся смесь самовоспламеняется.

При сгорании горючей смеси газ расширяется и толкает поршень и соединенный с ним коленчатый вал, совершая механическую работу (рис. 73 в). Это приводит к тому, что газ охлаждается.

Когда поршень придёт в нижнюю точку, давление в нём уменьшится. При движении поршня вверх открывается клапан, и происходит выпуск отработавшего газа (рис. 73 г). В конце этого такта клапан закрывается.

8. Паровая турбина представляет собой насаженный на вал диск, на котором укреплены лопасти. На лопасти поступает пар. Пар, нагретый до 600 °С, направляется в сопло и в нём расширяется, При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струя пара поступает из сопла на лопасти турбины и передаёт им часть своей кинетической энергии, приводя турбину во вращение. Обычно турбины имеют несколько дисков, каждому из которых передаётся часть энергии пара. Вращение диска передаётся валу, с которым соединён генератор электрического тока.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИИ

Часть 1

Для определения удельной теплоты сгорания топлива необходимо знать

1) энергию, выделившуюся при полном сгорании топлива, его объём и начальную температуру
2) энергию, выделившуюся при полном сгорании топлива, и его массу
3) энергию, выделившуюся при полном сгорании топлива, и его плотность
4) удельную теплоёмкость вещества, его массу, начальную и конечную температуры

2. В сосуд налили 1 кг воды при температуре 90 °С. Чему равна масса воды, взятой при 30 °С, которую нужно налить в сосуд, чтобы в нём установилась температура воды, равная 50 °С? Потерями энергии на нагревание сосуда и окружающего воздуха пренебречь.

1) 1 кг
2) 1,8 кг
3) 2 кг
4) 3 кг

3. В воду, взятую при температуре 20 °С, добавили 1 л воды при температуре 100 °С. Температура смеси оказалась равной 40 °С. Чему равна масса холодной воды? Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

1) 1 кг
2) 2 кг
3) 3 кг
4) 4 кг

4. В толстостенной трубке быстро сжимают воздух. При этом внутренняя энергия воздуха

1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается
4) сначала увеличивается, потом не изменяется

5. Газ получил количество теплоты 300 Дж и совершил работу 100 Дж. Внутренняя энергия газа при этом

1) увеличилась на 400 Дж
2) увеличилась на 200 Дж
3) уменьшилась на 400 Дж
4) уменьшилась на 200 Дж

6. В двигателе внутреннего сгорания

1) внутренняя энергия рабочего тела преобразуется в механическую энергию
2) поршень перемещается за счёт переданного ему количества теплоты
3) механическая энергия поршня превращается во внутреннюю энергию рабочего тела
4) механическая работа совершается за счёт энергии рабочего тела и переданного поршню количества теплоты

7. Двигатель внутреннего сгорания совершает полезную работу при

1) сжатии рабочего тела
2) выпуске отработанного газа из цилиндра
3) впуске рабочего тела в цилиндр
4) расширении рабочего тела в цилиндре

8. Рабочим телом в автомобильном двигателя внутреннего сгорания является

1) воздух
2) бензин
3) горючая смесь, состоящая из воздуха и паров бензина
4) керосин

9. Тепловой двигатель получает за цикл работы от нагревателя количество теплоты 200 Дж и передаёт холодильнику количество теплоты 80 Дж. Чему равен КПД двигателя?

10. Двигатель получает от нагревателя количество теплоты 100 Дж и совершает полезную работу 200 Дж. Чему равен КПД такого двигателя?

1) 200%
2) 50%
3) 20%
4) такой двигатель невозможен

11. Установите соответствие между физическими величинами и их единицами в СИ. К каждой позиции левого столбца подберите соответствующую позицию левого столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) количество теплоты
Б) удельная теплоёмкость
B) удельная теплота сгорания

ЕДИНИЦА ВЕЛИЧИНЫ
1) Дж/кг
2) Дж
3) Дж/кг °С

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) температура газа
Б) концентрация
B) внутренняя энергия

ЕДИНИЦА ВЕЛИЧИНЫ
1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается

13. Ударная часть молота массой 10 т свободно падает на стальную деталь массой 200 кг. С какой высоты падает ударная часть молота, если после 32 ударов деталь нагрелась на 20 °С? На нагревание расходуется 25% энергии молота.

Читайте также: