Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

План уроку. 1. На малюнку показано графік циклічного процесу з певною масою ідеального газу




Розв язування задач

1. На малюнку показано графік циклічного процесу з певною масою ідеального газу. На яких етапах

процесу газ отримував тепло, на яких віддавав? Яка кількість теплоти більше: отримана від нагрівача або віддане холодильника?

2. Автомобіль рухається зі швидкістю v = 72 км/год, Потужність двигуна N = 60 кВт, а його ККД дорівнює 30%. Визначте витрату бензину на s = 1 км шляху.

3. Через недосконалості теплоізоляції холодильник отримує від повітря в кімнаті кількість теплоти Q=420кДж за час τ = 1 год. Температура в кімнаті t1=20°С. Яку мінімальну потужність Р повинен споживати холодильник від мережі, щоб підтримувати всередині холодильної шафи температуру t2=-5°С?

Домашнє завдання:

1. Підготувати доповіді на теми:

1.Роль теплових двигунів в народному господарстві

2.Історія розвитку теплових двигунів

3.Теплові двигуни і охорона навколишнього середовища

2. Розвязати задачі

1. Реактивний літак має чотири двигуна, кожен з яких розвиває силу тяги F = 30 кН. Коефіцієнт корисної дії двигунів дорівнює 25%. Визначте витрата гасу на переліт довжиною l = 4000 км.

2. Чи знизиться температура в кімнаті, якщо відкрити дверцята працюючого холодильника.

 

Тема уроку: Семінар: «Теплові двигуни в народному господарстві»

1.Роль теплових двигунів в народному господарстві

2.Історія розвитку теплових двигунів

3.Теплові двигуни і охорона навколишнього середовища

1.Роль теплових двигунів в народному господарстві

Теплові машини широко використовуються у народному господарстві: потужні парові турбіни на ТЕС і АЕС приводять у рух ротори генераторів електричного струму. Понад 80% усієї електроенергії в нашій країні виробляться на теплових електростанціях. Залізничними магістралями водять состави потужні тепловози, водними шляхами – теплоходи. Мільйони автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння перевозять вантажі і пасажирів. Поршневі, турбогвинтові та турбореактивні двигуни встановлені на літаках і гелікоптерах. За допомогою ракетних двигунів здійснюються запуски наукових супутників, космічних станцій. Двигуни внутрішнього згоряння є основою механізації виробничих процесів у сільському господарстві. Їх використовують на тракторах, комбайнах, самохідних шасі, насосних станціях.

Широке застосування теплових двигунів для добування зручної у використанні енергії найбільше впливає на навколишнє середовище порівняно з усіма іншими видами виробничих процесів.

За законами термодинаміки електричну й механічну енергію неможливо виробляти без відведення в навколишнє середовище значних кількостей теплоти. Це може призвести до підвищення середньої температури на Землі і створити загрозу підвищення рівня Світового океану.

Підвищення температури на Землі може спричинити і подальше суттєве збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері, зумовлене спалюванням палива в теплових машинах. За останні двадцять років кількість вуглекислого газу в атмосфері Землі збільшилась майже на 20 %.

Молекули вуглекислого газу здатні поглинати інфрачервоне випромінювання. Тому збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері змінює її прозорість. Інфрачервоне випромінювання, що надходить від поверхні Землі, все більшою мірою поглинається атмосферою.

Під час спалювання палива атмосфера також забруднюється попелом, азотистими та сірчаними сполуками, шкідливими для здоров'я людей. Особливо суттєве це забруднення у великих містах і промислових центрах. Більше половини всіх забруднень атмосфери створює транспорт. Крім оксиду вуглецю, викидаються в атмосферу 2 - 3 млн. т свинцю. Сполуки свинцю додають в автомобільний бензин для запобігання детонації палива в двигуні, тобто дуже швидкого згоряння палива.

З метою зменшення таких викидів дедалі більше випускається автомобілів, у яких замість бензинових використовують дизельні двигуни, у паливо яких не додають сполук свинцю. Однак найбільш перспективними вважаються електромобілі і автомобілі, які працюють на водні. Продуктом згоряння у водневому двигуні є звичайна вода. Застосування теплових двигунів призводить до значного споживання кисню, який виробляється зеленими рослинами (10 - 25 %), через що його кількість в повітрі постійно зменшується.

Застосування парових турбін на електростанціях потребує відведення великих площ під ставки, в яких охолоджується відпрацьована пара. Зі збільшенням потужностей електростанцій різко зростає потреба у воді.

Для економії площ і водних ресурсів споруджуються комплекси електростанцій, насамперед атомних, із замкненим циклом водопостачання.

Одним із заходів захисту довкілля є встановлення різного роду фільтрів як на теплових станціях, так і на автомобільних двигунах. Розробляються зразки газотурбінних, роторних і навіть парових двигунів.

Коли врахувати, яка величезна армія теплових двигунів обслуговує людину і яка кількість палива спалюється ними щодня, то легко зрозуміти, наскільки важливою науковою і технічною проблемою є збільшення енергії, що перетворюється двигуном, у корисну роботу, або, іншими словами, підвищення ККД двигунів.

У двигуні відбувається ланцюжок перетворень різних видів енергії. Розглянемо, наприклад, перетво­рення енергії в автомобільному двигуні. Бензин — джерело енергії. Він вприскується в циліндр. Суміш бензину з повітрям (робоча суміш) запалюється електричною іскрою. Відбувається хімічна реакція-горіння. Вона супроводжується виділенням великої кількості енергії. Енергія хімічна переходить у внутрішню Діставши певну кількість енергії, газ у циліндрі розширюється і рухає поршень і зв'язану з ним систему важелів і шестерень, які передають зусилля на ведучі колеса автомобіля. Таким чином, внутрішня енергія перетворюється в кінетичну енер­гію поступального руху поршня, потім — у кінетичну енергію обертання вала, шестерень і коліс.

При згорянні 1 кг бензину виділяється понад 4,6 • 107 Дж енергії. Коли б уся енергія, що виді­ляється від згоряння бензину, перетворювалась у механічну енергію руху автомобіля!

Зробимо невеликий підрахунок. ККД автомобіль­них легкових двигунів становить приблизно 30%. Це означає, що коли залити в бензобак 10 л бен­зину, то на рух автомобіля витрачається енергія лише 3 л. бензину. Куди ж зникає енергія решти 7 л? Насамперед вона витрачається на подолання сил тертя, які. неминуче виникають між поршнем і стінками циліндра, між шестернями і в усіх з'єднан­нях. Тертя веде, як відомо, до нагрівання двигуна.

Теплоелектроцентраль (ТЕЦ) дає нам світло й тепло. В її корпусах хімічна енергія палива перетворюється в енергію води й пари, а потім — у механічну енергію руху турбіни і, нареш­ті, в електричну енергію. За корпусами ТЕЦ стоять вічно оповиті парою башти. У них охолоджується вода. Не вся енергія палива перетворюється в електричну енергію.

Оскільки парові турбіни мають коефіцієнт корис­ної дії близько 40 %, то з кожної тонни палива 600 кг використовується для обігрівання навколиш­нього повітря і хмар, що пропливають над ТЕЦ. Правда, частина енергії йде на обігрівання житло­вих будинків, але все-таки багато внутрішньої енергії пари втрачається марно. Чи не можна змен­шити ці втрати? Безперечно, можна. Частину енергії, що виділяється в результаті охолодження води, можна використовувати для обігрівання оранжереї чи засніжених тротуарів взимку. Але внутрішня енергія лишиться при цьому внутрішньою енергією, вона не перетвориться в інші види, а лише розсіється в навколишньому просторі.

 

2.Історія розвитку теплових двигунів

Першим механічним двигуном, що знайшов практичне застосування, була парова машина. Спочатку вона призначалася для використання в заводському виробництві, але пізніше паровий двигун стали встановлювати на саморушних машинах - паровозах, пароплавах, автомобілях і тракторах.

Аж до другої половини XVIII століття люди використовували для потреб виробництва в основному водяні двигуни.

У ІІ столітті до нашої ери Герон Олександрійський створив першу парову машину — прообраз парової турбіни.Однак двигун був занадто малий, щоб здійснювати будь-яку роботу.

Томас Севері 1698р. Винайшов парову машину.Сам винахідник назвав її «Вогневою машиною». Машина служила для відкачування вод із затоплених шахт.

Паровая машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Машина Томаса Ньюкмена була вдосконаленою машиною Сэйвери.

Джеймс Уатт зробив вдосконалений двигун. Він придумав клапани, що працюють так, що нікому не треба було стояти поруч і керувати ними. Клапани автоматично змушували поршні підніматися і опускатися.

Стефенсон побудував паровий двигун в Англії.

Бензиновий двигун, який був розроблений німцем Ніколасом Отто в 1878 році, став першою сходинкою до вирішення проблеми ваги.

Етьен Ленуар 1860р.сконструював перший двигун внутрішнього згоряння.

У 1892 році німецький інженер Рудольф Дизель створив новий двигун внутрішнього згоряння на більш дешевому паливі.

 

3.Теплові двигуни і охорона навколишнього середовища

Людство не може відмовитися від використання машин у своїй діяльності. Тому боротьба зі шкідливими наслідками роботи теплових двигунів ведеться за декількома напрямками.

Перший напрямок: удосконалення теплових двигунів, підвищення їх ККД дозволяє одержувати ту саму механічну енергію при спалюванні меншої кількості палива.

Другий напрямок: використання енергозберігаючих технологій — при цьому споживання енергії на виробництво тієї самої продукції (наприклад, одного автомобіля) значно зменшується.

Третій напрямок: пошук і використання джерел енергії, у яких не спалюють паливо. Це, наприклад, атомні електростанції, проектовані термоядерні електростанції, використання енергії Сонця, вітру, морських припливів тощо.

Необхідність значно знизити викид забруднюючих речовин призвела до використання нових видів палива, зокрема до будівництва атомних електростанцій (АЕС). Але на атомних електростанціях виникають інші проблеми: поховання небезпечних радіоактивних відходів, а також проблема безпеки.

 

Розв язати задачі

1. Здавалося б, найефективніше опалювати приміщення за допомогою електронагрівальних приладів: при тому вся споживана електроенергія перетворюється у внутрішню і передається повітрю в приміщенні, тобто ККД = 100%. Однак існує нагрівач з більшим ККД - так званий «тепловий насос», який відбирає енергію для обігріву кімнати у зовнішнього повітря. Чому дорівнює ККД теплового насоса, що працює за

циклом Карно, якщо температура повітря в приміщенні дорівнюєТ, а на вулиці Т'?

2. Газова нагрівальна колонка споживає Vo = 1,2 м3 метану (СН4) на годину. Знайти температуру t підігрітої води, якщо витікаючий струмінь має швидкість v = 0,5 м/с. Діаметр струменя d = 1,0 см,

початкова температура води і газу t0= 11°С. Газ в трубі знаходиться під тиском р = 1,2 атм. ККД нагрівача η = 0,6.

3. Одноатомний ідеальний газ здійснює показаний на малюнку цикл з двох ізохор і двох ізобар. Визначте ККД циклу.

4. Робочим тілом теплової машини є одноатомний ідеальний газ. Визначте ККД теплової машини, графік циклу котрого показаний на малюнку.

Домашнє завдання:

  1. Поворити теоретичний матеріа.
  2. Підготуватися до контрольної роботи
  3. Розвязати задачу:

Холодильник, який споживає потужність Р, за час τ перетворив воду в лід. Яку кількість теплоти Q передав холодильник повітрю в кімнаті, якщо маса води m, а її початкова температура t? Теплоємністю самого холодильника можна знехтувати.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-29; Просмотров: 3134; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.032 сек.