8f374

Экспериментальные задания
8f374
10 класс
Задание 1
Цель: Используя ЦОРы № 113923, 113960,
объяснить принцип действия тепловых машин.
Тепловыми двигателями называют машины, в
которых
происходит
превращение
теплоты,
полученной при сгорании топлива, в механическую
работу. Вещество, производящее работу в тепловых
машинах, называют рабочим телом или рабочим
веществом. Тепловые машины могут быть устроены
различно, но все они обладают общим свойством –
периодичностью действия, или цикличностью, в
результате чего рабочее тело возвращается в
исходное
состояние.
КПД
любого
теплового
двигателя не может быть равен 100%. Для тепловых
двигателей эта невозможность определяется из II
закона термодинамики: не существует такого
термодинамического
процесса,
единственным
результатом которого было бы превращение
некоторого количества теплоты в работу. Работа А в
тепловых
машинах
равна
разности
теплоты,
полученной от нагревателя, и теплоты, отданной
охладителю, которым чаще всего является либо
атмосфера, либо специальное устройство.
114062,
1. Тепловая машина Ньюкомена
8f374
10 класс
Устройство пароатмосферной машины Ньюкомена
8f374
10 класс
Принцип действия машины Ньюкомена.
После заполнения цилиндра паром его
подвод перекрывался и открывался клапан,
обеспечивающий доступ воды из водяного
бака
в
цилиндр,
после
чего
пар,
заполняющий
рабочий
цилиндр,
конденсировался
и
под
действием
разряжения поршень двигался вниз. Затем
кран подвода воды в цилиндр закрывался,
вода и конденсат сливались и открывался
подвод пара в цилиндр, при этом коромысло
двигателя, под действием веса столба воды в
водоподъемнике опускалось вниз, поднимая
при этом рабочий поршень вверх, и цикл
повторялся вновь. Противовесы служили для
компенсации массы деталей, участвующих в
работе подъемника.
Первые двигатели Ньюкомена выполняли 6-8 ходов в минуту, позже
скорость движения была доведена до 10 - 12 ходов в минуту. Основной
недостаток двигателей Ньюкомена был связан с их чрезвычайной
громоздкостью и прерывистым характером движения насоса.
2. Паровая турбина
8f374
10 класс
Устройство и принцип действия паровой турбины
Воду, находящуюся в котле
нагревают до кипения. Когда
давление
пара
превосходит
давление
над
котлом,
открывается
клапан
и
пар
попадает в сопло турбины. На
вал турбины насажен диск, по
ободу
которого
закреплены
лопатки.
Около лопаток расположено сопло, в которое поступает пар из
котла. Струя пара, вырываясь из сопла, оказывает давление на
лопатки и приводит диск турбины во вращательное движение.
В современных турбинах применяют несколько дисков,
насаженных на общий вал. Пар последовательно проходит через
лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть своей
энергии.
Энергия пара превращается в механическую энергию.
3. Газовая турбина
Устройство газовой турбины
8f374
10 класс
Принцип действия газовой турбины
8f374
10 класс
Газовая турбина была двигателем, совмещавшим в себе полезные
свойства паровых турбин (передача энергии к вращающемуся валу
непосредственно, без использования сложных механических передач)
и ДВС (отсутствие парового котла и всего его сложного хозяйства).
Устройство газовой турбины показано на рисунке. Двигатель
состоит из компрессора, подогревателя, камеры сгорания и
собственно самой турбины. В компрессоре, по устройству не
отличающемся от турбины, происходит сжатие окислителя (воздуха),
в подогревателе – подогревание окислителя, в камере сгорания –
смешивание его с топливом и сгорание. В турбине проходит передача
энергии газов лопаткам рабочих колёс. Сама турбина устроена также,
как и паровая: имеется и направляющий аппарат, и рабочие колёса с
лопатками.
Газовая турбина является сложным двигателем, при постройке
которого не обойтись без сложных расчётов. Но она, а точнее её
«гибрид» с реактивными двигателями – турбореактивный двигатель –
открыл для современной авиации скорости, превышающие скорость
звука.
Вывод: тепловые машины превращают внутреннюю энергию
газа или пара в механическую энергию.