Розглянемо теплові двигуни, принцип дії цих механізмів. У земній корі і світовому океані запаси внутрішньої енергії можна вважати необмеженими. Для того щоб вирішувати практичні завдання, її явно недостатньо. Пристрій і принцип дії теплового двигуна необхідно знати для того, щоб приводити в рух токарні верстати, транспортні засоби. Людина потребує таких пристроях, які можуть здійснювати корисну роботу. Теплові двигуни, принцип дії яких ми розглянемо, є основними на нашій планеті. Саме в них відбувається перетворення внутрішньої енергії в механічний вид.

Особливості теплового двигуна

Який принцип дії теплового двигуна? Коротко його можна представити на простому досвіді. Якщо в пробірку налити воду, закрити пробкою, довести до кипіння, вона вилетить. Причина вискакування пробки полягає у вчиненні пором внутрішньої роботи. Процес супроводжується перетворенням внутрішньої енергії пари в кінетичну величину для пробки. Теплові двигуни, принцип дії яких аналогічний описаному експерименту, відрізняються будовою. Замість пробірки використовується металевий циліндр. Пробка замінена поршнем, щільно прилеглим до стінок, переміщається вздовж циліндра.

Алгоритм дії

Який принцип дії теплового двигуна? 10 клас розглядає дане питання на уроках фізики. Тепловими машинами хлопці називають механізми, де спостерігається перетворення внутрішньої енергії палива в механічний вид. Для здійснення двигуном корисної роботи, повинна бути створена різниця тисків з обох боків поршня або лопатей потужної турбіни. Для досягнення такої різниці тисків відбувається підвищення температури робочого тіла на тисячі градусів у порівнянні з її середнім показником в навколишньому середовищі. Відбувається подібне підвищення температури в процесі згоряння палива.

Зміни температур

У всіх сучасних теплових машин виділяють робоче тіло. Їм прийнято називати газ, здійснює у процесі розширення корисну роботу. Початкову температуру, обозначаемую Т1 він набуває в паровому котлі машини або турбіни. Називають цей показник температурою нагрівача. В процесі здійснення роботи відбувається поступова втрата газом енергії. Це призводить до неминучого охолодження робочого тіла до деякого показника Т2. Значення температури повинно бути нижче показника навколишнього середовища, інакше тиск газу буде мати менший показник, ніж атмосферний тиск, і робота двигуном не буде здійснена. Показник Т2 називають температурою холодильника. В його якості виступає атмосфера або спеціальний пристрій, необхідне для конденсації і охолодження відпрацьованої пари.

Деякі факти

Отже, теплові двигуни, принцип дії яких ґрунтується на розширенні робочого тіла, не здатні віддавати для здійснення роботи всю внутрішню енергію. У будь-якому випадку частина тепла буде передаватися атмосфері (холодильника) разом з відпрацьованим пором або вихлопними газами турбін чи двигунів внутрішнього згорання.

ККД теплових машин

Який принцип дії теплової машини? ККД теплового двигуна залежить від величини корисної роботи, чиненої газом. З урахуванням того, що неможливо повністю перетворити внутрішню енергію в роботу теплового двигуна, можна пояснити незворотність природних процесів і явищ. У тому разі, якби спостерігалося мимовільне повернення теплоти від холодильника до нагрівача, внутрішня енергія в повному обсязі перетворювалася би в корисну роботу за допомогою теплового двигуна.
Коефіцієнтом корисної дії називають відношення корисної роботи, чиненої тепловим двигуном, до кількості тепла, яке передано холодильника. У фізиці прийнято виражати цю величину у відсотках. Такий принцип дії теплового двигуна. Схема його зрозуміла і проста, доступна навіть учням середньої школи. Закони термодинаміки дають можливість проводити обчислення максимального значення коефіцієнта корисної дії.

Винахід теплової машини

Першим винахідником машини, що використовує тепло, став Саді Карно. Він розробив ідеальну машину, в якій робочим тілом виступав ідеальний газ. Крім того, вченому вдалося визначити показник ККД для такого пристрою, використовуючи значення температури холодильника і нагрівача. Карно вдалося визначити залежність між реальною теплової машиною, що функціонує на основі нагрівача, і холодильником, в якості якого виступає повітря або конденсатор. Завдяки математичній формулі, запропонованої Карно для його першої ідеальної теплової машини, визначається максимальне значення ККД. Між температурою нагрівача і холодильника існує прямий зв'язок. Для того щоб машина повноцінно функціонувала, значення температури не повинно бути менше її показника в навколишньому повітрі. При бажанні можна підвищувати температуру нагрівача, не забуваючи про те, що у кожного твердого тіла є певна жароміцність. По мірі нагрівання воно втрачає свою пружність, а при досягненні температури плавлення просто плавиться. Завдяки інноваціям, які досягнуті в сучасної інженерної промисловості, відбувається поступове підвищення ККД теплового двигуна. Наприклад, знижується тертя між його окремими частинами, усуваються втрати, що виникають із-за неповного згоряння палива.

Двигун внутрішнього згоряння

Він являє собою теплову машину, де у вигляді робочого тіла застосовують високотемпературні гази, одержувані в процесі згоряння різного виду палива всередині камери. Виділяють чотири такту в роботі автомобільного двигуна. Серед складових його частин назвемо впускний і випускний клапани, камеру згоряння, поршень, циліндр, свічку, шатун, а також маховик.

Висновок

В даний час використовують різні види автомобільних двигунів: дизельний, карбюраторний. Незважаючи на відмінності в застосовуваному паливі, вони мають подібний принцип дії. За рахунок теплової енергії, що виробляється в процесі згоряння бензину, відбувається перетворення теплової енергії в інший вид. На першому етапі спостерігається плавне пересування клапана вниз, процес відбувається завдяки заповнення камери робочою сумішшю. В кінці першого такту впускний клапан закривається. Далі поршень рухається вгору, при цьому відбувається стиск робочої суміші. Поява іскри на свічці призводить до займання горючої суміші. Тиск, який чинять пари повітря і бензину на поршень, призводять до мимовільного руху вниз, тому такт називають «робочим ходом». У рух приводиться колінчастий вал. На четвертому етапі відкривається випускний клапан, відбувається виштовхування в атмосферу відпрацьованих газів.