Тепловые двигатели Основные представления молекулярно-кинетической теории вещества. Примеры решения задач Релятивисткая механика Изотермический процесс Круговой процесс Закон Стефана-Больцмана

Молекулярно-кинетическая теория газов

Русский ученый Д. И. Менделеев (1834-1907) объединил уравнение Клапейрона с законом Авогадро, отнеся уравнение (42.3) к одному молю, использовав молярный объем Vт. Согласно закону Авогадро, при одинаковых р и Т моли всех газов занимают одинаковый молярный объем Vm, поэтому постоянная В будет одинаковой для всех газов. Эта общая для всех газов постоянная обозначается R и называется молярной газовой постоянной.

Двигатели внутреннего сгорания. Основные характеристики.

Тепловые двигатели предназначены для преобразования теплоты в работу. Необходимая для этого теплота получается при сжигании различных топлив. Если это сжигание производится вне машины (в специальном котлоагрегате, например), то говорят о двигателях с внешним сгоранием. В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) сжигание топлива производится непосредственно в рабочем пространстве машины, например в цилиндре поршневого двигателя.

Очень схематично устройство поршневого ДВС показано на рис. 1.63.

В рабочем цилиндре 4 с поршнем 5 происходит трансформация теплоты в работу, и поступательное движение поршня превращается во вращательное с помощью кривошипно-шатунного механизма 6.

В крышке цилиндра расположена камера сгорания и впускной 1 и выпускной 3 клапаны с принудительным приводом. Там же находится или свеча зажигания (или топливоподающая форсунка) 2 Кинетическая и потенциальная энергии Физические основы механики

В зарубашечном пространстве цилиндра и его головки циркулирует охлаждающая жидкость. В картере монтируется коленчатый вал, кривошип 7 которого подвижно соединен с шатуном 6. Верхняя головка шатуна сочленена с поршнем, который совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение в цилиндре. Кроме основных деталей двигатель имеет ряд вспомогательных механизмов для подачи топлива (топливные насосы, смесительные устройства, фильтры, топливные баки, регулятор), смазки (масляные насосы, фильтры, масляные баки, масленки), охлаждения (водяные насосы, водяные баки, радиаторы) и другие устройства, необходимые для его обслуживания. Вспомогательные механизмы приводятся в движение от коленчатого вала. Кварки Обилие открытых и вновь открываемых адронов навела Гелл-Мана и Цвейга (1964 г.) на мысль, что все они построены из каких-то других более фундаментальных частиц. Ими  была выдвинута гипотеза, подтвержденная последующими исследованиями, что все тяжелые фундаментальные частицы – адроны – построены из более фундаментальных частиц, названных кварками. На основе кварковой гипотезы не только была понята структура уже известных адронов, но и предсказано существование новых.

Создаваемый на этом валу крутящий момент используется для вращения рабочих элементов механизма (электродвигателя или машины), соединённого с двигателем внутреннего сгорания, или передаётся на трансмиссию.

Поршень совершает возвратно-поступательное движение в результате давления, оказываемого на него продуктами сгорания вводимого в цилиндр газового или мелкораспылённого жидкого топлива, отталкивающими при расширении поршень по направлению к валу, и под действием надетого на вал двигателя маховика, силы инерции которого заставляют поршень возвращаться в исходное положение.

У много цилиндровых двигателей на один общий коленчатый вал одновременно работают несколько связанных с ним поршней, движущихся в одинаковые моменты времени в противоположных направлениях. Крайние положения поршня называют мёртвыми точками: верхней мёртвой точкой (в. м. т.) у крышки 3 цилиндра и нижней мёртвой точкой (н. м. т.) в противоположном конце цилиндра (см. рис.). Объём V2 цилиндра двигателя, ограниченного с одной стороны крышкой, а с другой стороны - поршнем, находящимся в в. м. т., называют объёмом камеры сжатия (сгорания).

Расстояние между н. м. т. и в. м. т. называется ходом поршня (см. рис. 4).

Ход поршня от ВМТ до НМТ называют тактом. Объем, описываемый поршнем за один ход, является рабочим объемом цилиндра, V„=nD2S/4 (D — диаметр цилиндра, S — ход поршня).

Сумму рабочих объемов всех цилиндров двигателя в литрах называют литражом двигателя.


Объем Vc над поршнем, находящимся в ВМТ, называют объемом камеры сгорания. Полный объем одного цилиндра Vп= Vц + Vc; отношение t = Vn/Vc — степень сжатия.

Двигатели с «мгновенным сгоранием» топлива (карбюраторные и газовые). Первый газовый двигатель был построен Отто 1876 г.), а первый карбюраторный двигатель был создан моряком русского флота О. С. Костовичем 1879г.).

В цилиндр такого двигателя всасывается готовая горючая смесь, которая в нужный момент поджигается от внешнего источника  (электрической искры высокого напряжения, раскаленного шара). Время сгорания готовой смеси очень мало, в связи с чем допустимо считать, что процесс сгорания осуществляется при (почти) постоянном объеме. Как было установлено (§6.2), теоретический КПД цикла с V = const зависит только от степени сжатия.

Двигатели со сгоранием топлива при (почти) постоянном давлении (компрессорные дизели). Создание такого двигателя связано с именем Р. Дизеля A898 г.).

В цилиндре двигателя сжимается чистый воздух. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое в процессе смешения с горячим воздухом воспламеняется и сгорает при р яг const.

Для распыла топлива, подаваемого в цилиндр, используют воздух, сжатый в компрессоре до давления, в 1,2—2 раза превышающего давление в цилиндре (отсюда и произошло название «компрессорные дизели»). Такие двигатели имеют ряд конструктивных недостатков (наличие компрессора для распыла топлива, сложное устройство форсунок и др.) и в настоящее время не строятся. Двигатели со смешанным сгоранием топлива (бескомпрессорные дизели). В цилиндре этого двигателя тоже сжимается чистый воздух, а жидкое топливо,  сжатое насосом до давлений около 30— 40 МПа, подается в форсунку, через которую оно в мелкорасиыленном виде разбрызгивается в цилиндр в конце такта сжатия.

Топливо, попадая в воздух, нагретый в процессе сжатия до температуры, превышающей температуру воспламенения, сгорает по мере ввода его в цилиндр сначала (почти) при V = const, а затем при (почти) p = const. Наиболее целесообразным считается конструирование компрессорных дизелей с е= 13ч- 18, так как дальнейшее повышение степени сжатия незначительно увеличивает т),. Например, при увеличении е от 13 до 20 г\, повышается на 7 %, а механические напряжения деталей возрастают почти в 2 раза. Все типы двигателей могут выполняться как четырехтактными, так и двухтактными.

Принцип действия бензинового двигателя. Рассмотрим, как бензиновый двигатель преобразует энергию сгорания топлива в мощность.

Тепловые, гидравлические, атомные электростанции. Электрической станцией называется энергетическая установка, служащая для преобразования природной энергии в электрическую.

Атомные электрические станции На атомных электрических станциях тепловая энергия, служащая для производства пара, выделяется при делении ядер атомов вещества, называемого ядерным топливом (горючим).

Вопросы экологии при использовании теплоты. Токсичные газы продуктов сгорания.

Сажа - не единственное твердое вещество, содержащееся в ОГ. Другие твердые вещества образуются из содержащейся в дизельном топливе серы, а также в виде аэрозолей масла и несгоревшего топлива.

Последствия парникового эффекта. Одним из основных продуктов сгорания углеводородных топлив является диоксид углерода (СО2), который не относится к токсичным газам.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов Для вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории рассмотрим одноатомный идеальный газ. Предположим, что молекулы газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда, а соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упругие. Выделим на стенке сосуда некоторую элементарную площадку S и вычислим давление, оказываемое на эту площадку.
Тепловой баланс