ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ
Що ми спостерігатимемо після того, як вода почне кипіти?
Після закипання води водяна пара почне вириватися з носика колби та спрямується на лопаті колеса, що спричинить його швидке обертання.
Чому зображений пристрій можна вважати тепловим двигуном?
Цей пристрій можна вважати тепловим двигуном, тому що він перетворює внутрішню енергію палива та утвореної пари на механічну роботу з обертання диска.
Що в цьому «двигуні» є робочим тілом? нагрівником? холодильником?
Робочим тілом у цій моделі є водяна пара, нагрівником — полум’я спиртівки, а холодильником — навколишнє повітря.
Чи знаєте ви технічний пристрій, який працює саме так?
На мою думку, технічним пристроєм, що працює за таким принципом, є парова турбіна.
Де його застосовують?
Парові турбіни широко застосовують на теплових та атомних електростанціях для приведення в дію електричних генераторів.
А ЯК НАСПРАВДІ?
Хто, на вашу думку, має рацію?
На мою думку, обидві сторони мають вагомі аргументи, проте я більше підтримую прихильників електромобілів. Враховуючи екологічні проблеми та поступове вичерпання запасів нафти, людство неминуче перейде на альтернативні джерела енергії, хоча цей процес і займе багато часу.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Назвіть основні частини парової турбіни.
Основними частинами парової турбіни є сопло, лопаті, диск і вал.
2. Опишіть, як працює парова турбіна.
Робота турбіни базується на тому, що струмені нагрітої пари під високим тиском вихоплюються із сопла і спрямовуються на лопаті, закріплені на диску. Під тиском пари диск і вал, на якому він нерухомо закріплений, починають обертатися, виконуючи механічну роботу.
3. Що в паровій турбіні є нагрівником? холодильником? робочим тілом?
Робочим тілом у паровій турбіні є пара, нагрівником — паровий котел, у якому пара утворюється і нагрівається, а холодильником зазвичай виступає довкілля або спеціальні охолоджувачі (конденсатори).
4. Звідки походить назва двигуна внутрішнього згоряння?
Назва походить від того, що в цьому типі двигуна паливо згоряє безпосередньо всередині циліндрів, а не в зовнішній топці чи котлі.
5. Назвіть основні частини двигуна внутрішнього згоряння та їхнє призначення.
Основними частинами двигуна внутрішнього згоряння є циліндр, у якому відбувається процес згоряння палива, та поршень, що рухається під тиском газів. Шатун передає рух від поршня до колінчастого вала, який перетворює поступальний рух у обертальний для приведення в дію коліс. Впускний і випускний клапани регулюють подачу пальної суміші та виведення відпрацьованих газів. Для підпалювання суміші в бензинових двигунах використовується свічка запалювання, а в дизельних — форсунка для впорскування палива.
6. Які процеси відбуваються в чотиритактному двигуні внутрішнього згоряння під час кожного із чотирьох тактів?
Під час першого такту (усмоктування) поршень рухається вниз, впускний клапан відкривається, і пальна суміш потрапляє в циліндр. У другому такті (стиснення) клапани закриті, поршень рухається вгору і стискає суміш, яка наприкінці підпалюється іскрою. Під час третього такту (робочий хід) паливо згоряє, розжарені гази розширюються і штовхають поршень униз, виконуючи корисну роботу. У четвертому такті (випускання) відкривається випускний клапан, і поршень, рухаючись вгору, виштовхує продукти згоряння в атмосферу.
7. Доведіть, що теплові двигуни чинять шкідливий вплив на довкілля, і запропонуйте способи розв’язання цієї проблеми.
На мою думку, теплові двигуни суттєво забруднюють природу, оскільки під час їхньої роботи в атмосферу викидаються вуглекислий газ, отруйний чадний газ та сполуки сірки, що призводять до виникнення кислотних дощів. Також теплові станції викидають велику кількість сажі та попелу, що осідають на місцевості. Для розв’язання цієї проблеми я пропоную встановлювати на підприємствах спеціальні фільтри для очищення викидів, переходити на використання альтернативних джерел енергії та поступово замінювати двигуни внутрішнього згоряння електромобілями.
ВПРАВА № 25
1. Поясніть, які перетворення енергії відбуваються під час роботи парової турбіни.
Хімічна енергія палива → Внутрішня енергія пари (енергія, що виділяється під час згоряння палива, витрачається на утворення водяної пари та її нагрівання до високої температури) → Кінетична енергія струменів (струмені пари вириваються із сопла, набуваючи високої швидкості)→ Механічна енергія обертання (пара спрямовується на лопаті, закріплені на диску, і примушує диск та вал турбіни обертатися)→ Електрична енергія (на електростанціях механічна енергія обертання турбіни перетворюється на електричну за допомогою генераторів)
2. Яка частина енергії, «запасеної» в паливі, що споживають ці двигуни, витрачається марно?
Дано:
$\eta = 54,5\%$ (ККД найкращих дизельних двигунів)
$E_{total} = 100\%$
Знайти:
$E_{waste} – ?$
Розв’язання:
Частина енергії, що витрачається марно, визначається як різниця між повною енергією, що виділяється під час згоряння палива, та корисною енергією (ККД).
$E_{waste} = E_{total} – \eta$
$E_{waste} = 100\% – 54,5\% = 45,5\%$
Відповідь: Марно витрачається 45,5% енергії.
3. Чому температура пальної суміші в циліндрі дизельного двигуна під час стискання збільшується?
Під час швидкого стискання пальної суміші поршень виконує над нею механічну роботу. Ця робота повністю перетворюється на внутрішню енергію газу, що призводить до значного підвищення його температури.
4. Чому в паровій турбіні температура відпрацьованої пари нижча від температури пари, яка надходить на лопаті турбіни?
Під час руху в турбіні пара розширюється і виконує механічну роботу, обертаючи вал із лопатями. Оскільки робота виконується за рахунок внутрішньої енергії пари, її енергія зменшується, що спричиняє зниження температури.
5. Незважаючи на багато недоліків, теплові двигуни є найпоширенішими. Чому, на вашу думку, люди надають перевагу саме їм?
На мою думку, люди надають перевагу тепловим двигунам, тому що вони є потужними, автономними та дозволяють створювати швидкісні транспортні засоби. Попри екологічні недоліки, ці двигуни поки що залишаються найбільш доступним та ефективним способом перетворення енергії палива на механічний рух для потреб промисловості й транспорту.