Принцип действия тепловых двигателей КПД. Урок № 35. 10 класс

1.

Принцип действия
тепловых двигателей
КПД

2.

Тепловыми
двигателями
называют машины,
в которых внутренняя
энергия топлива
превращается в
механическую энергию
2

3.

Внутренняя
энергия
топлива
Тепловые
двигатели
Механическая
энергия
3

4.

Тепловые
двигатели
Паровая
машина
Паровая
турбина
Турбины
Двигатель
внутреннего
сгорания
Газовая
турбина
Бензиновый
двигатель
Реактивный
двигатель
Дизельный
двигатель
4

5.

ΔU=Q+A
5

6.

-ΔU=A´
A´ – работа газа
-ΔU – уменьшение внутренней
энергии газа
6

7.

Энергетический баланс
теплового двигателя
Q
100%
40% - потери с охлаждающей
водой
25% - полезная работа
10% - потери на трение
25% - уносится
с отработанными газами
7

8.

Коэффициент полезного
действия тепловой машины
Что
называется
коэффициентом
полезного действия?
Это физическая величина, равная
отношению
полезной
работы
к
затраченной
Что нам известно об этой величине?
Ее значение ни при каких условиях
не может быть больше 100%
8

9.

Коэффициент полезного
действия тепловой машины
Что в тепловых машинах совершает
полезную работу?
Полезную
работу
совершает
рабочее тело – газ или пар
Какая энергия тратится в тепловых
двигателях?
Энергия, которую газ получает от
нагревателя (сгорающего топлива)
9

10.

Для всех машин η < 100%
10

11.

11

12.

A
Компоненты
теплового двигателя
Нагреватель
(сгорающее топливо)
Qнагр Рабочее тело
(газ или пар)
Qхол Холодильник
(атмосфера или
12
конденсатор)

13.

КПД тепловых двигателей
Aп Qнагр Qхол
Q
Qнагр
13

14.

Виды тепловых
двигателей
14

15.

Паровая машина
15

16.

Паровая турбина
16

17.

Газовая турбина
17

18.

Двигатель внутреннего
сгорания (ДВС)
18

19.

Работа ДВС
1 такт
2 такт
3 такт
4 такт
19

20.

Дизельный двигатель
20

21.

Проверка таблицы
№
Название
Год
Ученыесоздатели
ТД
Рабочее
тело
КПД,
%
Область применения
1
Паровая
машина
1784
Д.Уатт
Пар
1
Промышленность,
транспорт XVIII-XIX вв.
2
Паровая
турбина
1889
Г.Лаваль
Пар
Выше
30
Электростанции,
корабли
3
Газовая
турбина
1791
Д.Барбер
Газ
30-40
Авиация, транспорт,
электростанции
1860
Э.Ленуар
Смесь
газа и
воздуха
20-30
Транспорт
1897
Р.Дизель
Смесь
газа и
воздуха
30-40
Большегрузный
транспорт,
передвижные
электростанции
4 Бензиновый
ДВС
5
Дизельный
ДВС
21

22.

Принцип действия
четырехтактного дизеля
22

23.

Влияние тепловых машин
на окружающую среду
Загрязняют биосферу
Повышают
температуру
окружающей среды
Истощают
природные
ресурсы
Влияют на состояние
здоровья людей
23

24.

Меры по защите
окружающей среды
Защита биосферы
от вредных
выбросов
Альтернативные
источники энергии
Использование
экологичных видов
топлива
Экономия топлива
24

25.

Определите
названия
составных
двигателя внутреннего сгорания
Шатун
Поршень
частей
Маховик
Выходной
клапан
Входной
клапан
Цилиндр
Свеча
25

26.

Ответьте на
вопросы
26

27.

1. Тепловыми двигателями
называют машины, в которых
кинетическая энергия
превращается в потенциальную
энергию
механическая энергия
превращается во внутреннюю
энергию
внутренняя энергия превращается
в механическую энергию
Следующий вопрос
27

28.

2. В двигателе внутреннего
сгорания (ДВС):
имеется внутренняя камера
сгорания топлива
топливо сгорает внутри
рабочего цилиндра двигателя
используется жидкое топливо,
вводимое непосредственно в
двигатель
Следующий вопрос
28

29.

3. Каждый цикл работы ДВС
состоит из следующих 4-х тактов:
Впуск, расширение,
воспламенение, рабочий ход
Впуск, сжатие,
воспламенение, выпуск
Впуск, воспламенение,
рабочий ход, выпуск
Впуск, сжатие,
рабочий ход, выпуск
Следующий вопрос
29

30.

4. Какой такт работы двигателя
изображен на рисунке?
Впуск
Сжатие
Рабочий ход
Выпуск
Следующий вопрос
30

31.

5. Паровая турбина – вид
теплового двигателя …
… приводимого в движение
струями пара
… может работать на
любом топливе
… без поршня и системы
зажигания топлива
… для которого характерны все
вышеперечисленные пункты
Следующий вопрос
31

32.

6. Для работы теплового
двигателя обязательно наличие:
рабочего тела – пара или
газа
камеры сгорания топлива
или парового котла с топкой
отвода отработанного пара
или газа
нагревателя, рабочего тела,
холодильника
Следующий вопрос
32

33.

7. Экономичность двигателя
характеризует
произведенная двигателем
работа
его мощность
коэффициент полезного
действия двигателя
количество теплоты,
полученное при сгорании
топлива
Следующий вопрос
33

34.

8. По каким формулам находят
КПД теплового двигателя?
Аполезная
КПД
100%
Аполная
КПД
100%
0
Аполезная
КПД
100%
Qнагрев
КПД
Qнагрев Qхолод
Qнагрев
100%
Следующее задание
34

35.

Каков
КПД
двигателя
автомобиля
мощностью N=20 кВт, если при скорости
v=20 м/с двигатель потребляет
V=10 л
бензина на путь S=100 км. Удельная теплота
сгорания бензина q=44 МДж/кг, а его
плотность ρ=0,7•103 кг/м3.
Задача
35

36.

Дано:
Решение:
1. Количество теплоты, выделяемое при
N=20кВт
сгорании всего бензина Q=mq, где масса
v=20 м/с
бензина m=ρV.
V=10 л
2. Количество теплоты, выделяемое при
S=100 км
сгорании бензина в единицу времени
q=44 МДж/кг
Q
S
3
3
Q
.
ρ=0,7•10 кг/м
Подставим t
и значение Q,
Q mq Vq
получим:
Q
.
?
S
S
S
N
NS
.
3. Поскольку N Q , то
Q Vq
t
4. Подставим значения:
2 104 Вт 105 м
0,32.
3
3
2 3
6
0,7 10 кг / м 10 м 44 10 Дж / кг 20 м / с
Ответ: 0,32.
36