Совет 1: Как работают тепловые двигатели

Функция тепловых двигателей – преобразование тепловой энергии в полезную механическую работу. Рабочим телом в таких установках служит газ. Он с усилием давит на лопатки турбины или на поршень, приводя их в движение. Самые простые примеры тепловых двигателей – это паровые машины, а также карбюраторные и дизельные двигатели внутреннего сгорания.
Инструкция
1
Поршневые тепловые двигатели имеют в своем составе один или несколько цилиндров, внутри которых находится поршень. В объеме цилиндра происходит расширение горячего газа. При этом поршень под воздействием газа перемещается и совершает механическую работу. Такой тепловой двигатель преобразует возвратно-поступательное движение поршневой системы во вращение вала. Для этой цели двигатель оснащается кривошипно-шатунным механизмом.
2
К тепловым двигателям внешнего сгорания относятся паровые машины, в которых рабочее тело разогревается в момент сжигания топлива за пределами двигателя. Нагретый газ или пар под сильным давлением и при высокой температуре подается в цилиндр. Поршень при этом перемещается, а газ постепенно охлаждается, после чего давление в системе становится почти равным атмосферному.
3
Отработавший свое газ выводится из цилиндра, в который немедленно подается очередная порция. Для возврата поршня в начальное положение применяют маховики, которые крепят на вал кривошипа. Подобные тепловые двигатели могут обеспечивать одинарное или двойное действие. В двигателях с двойным действием на один оборот вала приходится две стадии рабочего хода поршня, в установках одинарного действия поршень совершает за то же время один ход.
4
Отличие двигателей внутреннего сгорания от описанных выше систем состоит в том, что горячий газ здесь получается при сжигании топливно-воздушной смеси непосредственно в цилиндре, а не вне его. Подвод очередной порции горючего и выведение отработанных газов производится через систему клапанов. Они позволяют подавать горючее в строго ограниченном количестве и в нужное время.
5
Источник тепла в двигателях внутреннего сгорания – химическая энергия топливной смеси. Для данного типа теплового двигателя не нужен котел или нагреватель внешнего типа. В качестве рабочего тела здесь выступают самые разные горючие вещества, из которых самым распространенным являются бензин или дизельное топливо. К недостаткам двигателей внутреннего сгорания можно отнести их высокую чувствительность к качеству топливной смеси.
6
Двигатели внутреннего сгорания по своей конструкции могут быть двух- и четырехтактными. Устройства первого вида проще в конструкции и не так массивны, но при одинаковой мощности требуют значительно больше топлива, чем четырехтактные. Двигатели, работа которых построена на двух тактах, чаще всего применяют в небольших мотоциклах или газонокосилках. Более серьезные машины оснащают тепловыми двигателями четырехтактного типа.

Совет 2: Как поглотить энергию

Поглощение энергии веществом вызывает либо превращение ее в тепло, либо преобразование в другую форму. Во втором случае некоторая часть энергии также преобразуется в тепло, поскольку коэффициент полезного действия любой физической системы не может превышать единицу.
Инструкция
1
Для поглощения световой энергии необходимо вещество, являющееся непрозрачным и неотражающим для излучения с выбранной длиной волны. Например, синий свет поглощается красными предметами, и наоборот. Черные предметы поглощают световые лучи всего видимого спектра. Учтите, однако, что предмет, кажущийся темным человеческому глазу, может являться светлым для невидимых лучей (инфракрасных, ультрафиолетовых), и наоборот. Так, установлено, что человеческая кожа любого цвета кажется в инфракрасном свете белой, а обычное оконное стекло плохо пропускает коротковолновые ультрафиолетовые лучи. То световое излучение, которое не отразилось от объекта и не прошло сквозь него, поглотится им и превратится в тепло.
2
Некоторые физические приборы позволяют накапливать световую энергию либо преобразовывать ее в другие виды энергии. Так, например, если сфокусировать лучи солнца на окрашенном в черный цвет цилиндре двигателя Стирлинга, он нагреется и придет в движение. Направьте свет на слой сульфида цинка, а затем прекратите освещение - и в течение нескольких минут этот слой будет излучать малую часть поглощенной энергии обратно в виде света. Солнечная батарея, поглощая световую энергию, превращает ее в электрическую. Коэффициент полезного действия всех этих преобразователей редко превышает 10 процентов.
3
Поглощать можно не только световую, но и тепловую энергию. Чтобы накопить большое количество тепла в малом объеме, возьмите металлический цилиндр, наполните его парафином и загерметизируйте. Если такой тепловой аккумулятор нагреть, им затем можно будет в течение длительного времени пользоваться в качестве грелки. Именно на этом принципе работают термобигуди. Чтобы преобразовать часть поглощенной тепловой энергии в электрическую, воспользуйтесь термопарой. Наконец, осуществить частичное превращение части поглощенной тепловой энергии в электрическую позволяют тепловые двигатели самых различных конструкций.
4
Аккумулятор является устройством, которое поглощает электрическую энергию и часть ее превращает в тепло, а другую часть - во внутреннюю (химическую) энергию, которую хранит внутри себя. Подключите к нему нагрузку, и он отдаст ей эту энергию. Заряжать и разряжать аккумулятор можно многократно. Электродвигатели при поглощении электрической энергии превращают некоторую ее часть в механическую, а электрические источники света - в лучистую.
5
Для поглощения кинетической энергии, представленной в виде вибраций, и превращения ее в тепловую служат амортизаторы. Существуют амортизаторы, совмещенные с генераторами электроэнергии. В отличие от классических генераторов, они не содержат вращающихся частей - все их детали перемещаются возвратно-поступательно. В таких приборах некоторая часть поглощенной энергии вибраций превращается в электроэнергию Впрочем, обычные электрогенераторы выполняют аналогичную задачу - отличается лишь способ передачи им кинетической энергии для поглощения. Все микрофоны поглощают энергию акустических волн, но лишь некоторые из них преобразуют часть ее в электрическую - динамические, ленточные, пьезокерамические. Другие микрофоны - угольные, электретные со встроенным усилителем - всю поглощенную акустическую энергию превращают в тепловую полностью. Они лишь управляют под воздействием принятых колебаний более мощным потоком электрической энергии, подаваемой извне.

Совет 3: Как выработать энергию

Согласно закону сохранения энергии, выработать последнюю невозможно. Можно лишь перевести ее из одного вида в другую. Существует значительное количество способов осуществления такого преобразования.
Инструкция
1
Для того, чтобы преобразовать химическую энергию, хранимую в горючем веществе, в тепловую, сожгите его. Часть энергии при этом будет выделяться в виде света.
2
Превратить тепловую энергию в механическую можно двумя способами. Чтобы воспользоваться первым из них, сожгите вещество в ограниченном объеме. Повышение давление, которое при этом возникнет, используйте для перемещения объекта. Именно на этом принципе работает двигатель внутреннего сгорания. Для преобразования тепловой энергии в механическую вторым способом поместите в ограниченный объем жидкое вещество и нагрейте его любым способом (не обязательно путем сжигания чего-либо) до температуры кипения. Получившийся пар направьте в паровую машину либо турбину.
3
Для преобразования механической энергии в электрическую постройте механизм, в котором подвижная катушка перемещается мимо неподвижного магнита, либо наоборот. Существует множество конструкций таких механизмов, которые называются генераторами.
4
Для того чтобы преобразовать электрическую энергию в механическую, используйте электродвигатель той или иной конструкции. Помните, что, несмотря на обратимость электромагнитных явлений, в качестве двигателя может быть использован не любой генератор, а лишь такой, в котором при подаче напряжения создаются условия для возникновения вращающегося магнитного поля. Например, в коллекторном двигателе постоянное вращение обеспечивается за счет автоматической коммутации обмоток, а в асинхронном вращающееся магнитное поле возникает благодаря питанию обмоток статора трехфазным переменным током.
5
Для преобразования электрической энергии в световую воспользуйтесь различными источниками света: лампами накаливания, лампами дневного света, светодиодами и т.п. Последние два вида источников света эксплуатируйте совместно с устройствами для ограничения тока.
6
Для выработки тепловой энергии из электрической используйте мощные резисторы. Это - пожалуй, единственный преобразователь энергии с кпд, близким к 100 %. Во всех остальных случаях часть энергии при преобразовании неминуемо теряется на выделение тепла.
Обратите внимание
Во время постановки любых физических опытов соблюдайте меры безопасности.
Видео по теме
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500