Существуют различные типы тепловых двигателей: паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель и др.. Не считая различные конструкции двигателей и определенные особенности их работы - принципы их действия одинаковы.

Устройство, которое осуществляет механическую работу за счет внутренней энергии топлива, называют тепловым двигателем.

Все тепловые двигатели, независимо от их особенностей, имеют три основные части: нагреватель, рабочее тело, холодильник. Рассмотрим их назначение.

Полезная работа теплового двигателя

В тепловом двигателе происходит преобразование внутренней энергии в механическую энергию. Следовательно, необходимо иметь систему, за счет внутренней энергии которой происходило бы механическая работа. Такую систему называют рабочим телом двигателя. Механическая работа осуществляется при сжатии и расширении рабочего тела. Чем больше сжатие или расширение, тем большая работа осуществляется. Газы расширяются и сжимаются легче воды, поэтому в качестве рабочего тела чаще всего используют газ или пар. Так, в паровой турбине рабочим телом является пара, в двигателе внутреннего сгорания - газ, состоящий из смеси паров бензина и воздуха (или продуктов сгорания - работу осуществляет именно эта смесь).

Поскольку работа осуществляется за счет внутренней энергии рабочего тела, то для увеличения внутренней энергии рабочего тела следует нагреть до определенной температуры Тг. Поэтому в состав теплового двигателя входит нагреватель.

Действие теплового двигателя имеет циклический характер: после того, как рабочее тело (газ) расширилось, выполнив работу, его необходимо сжать до прежнего объема, чтобы оно могло выполнить работу в следующем цикле.

Таким образом, для того, чтобы тепловой двигатель совершал полезную работу, необходимо периодически нагревать и охлаждать рабочее тело, то есть периодически передавать рабочему телу и отбирать у него определенное количество теплоты.

Процесс сжатия следует осуществлять при более низкой температуре, чем расширение. Поэтому рабочее тело необходимо охладить. Для этого его приводят в контакт с телом, температура которого Т2 <Тг. Такое тело называют холодильником. Чаще холодильником является окружающий воздух или вода водоемов.

Получив при расширении от тела с температурой Т1 (нагреватель) определенное количество теплоты Q, газ непременно отдает при сжатии количество теплоты Q2 тела с низкой температурой Т2 (холодильник). Следовательно, на работу превращается лишь часть количества теплоты Qj, полученная от нагревателя, равна: Q1-Q2.

После завершения каждого цикла рабочее тело возвращается в исходное состояние, то есть его внутренняя энергия принимает прежнее значение. Поэтому с первого закона термодинамики следует, что полезная работа Ак, выполнена тепловым двигателем, равна разности количества теплоты Q, полученной рабочим телом, и количества теплоты Q2, отданной рабочим телом холодильника.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+