Преобразование энергии в тепловых машинах. Двигатель внутреннего сгорания. Экологические проблемы использования тепловых машин.

Все тепловые машины, независимо от их конструк­ции, по своему назначению делятся на два типа: тепловые двигатели и холодильные установки.

Тепловые двигатели, независимо от их конструктивных особенностей, решают одну и ту же задачу — превращение внутренней энергии в механическую. Для этой цели энер­гия, выделяющаяся при сгорании топлива или ядерных ре­акциях, передается путем теплообмена какому-либо газу. Расширяясь, газ производит работу против внешних сил, приводя в движение какой-либо механизм.

Холодильные установки служат для того, чтобы, отбирая некоторое количество теплоты от холодного тела, например, морозильной камеры, поддерживать в ней низкую темпера­туру.В качестве примера рассмотрим четырехтактный автомо­бильный двигатель.

1- цилиндр, 2- камера сгорания, 3 – поршень, 4- входной клапан, 5- выходной клапан, 6- запальная свеча.

Каждый ход поршня вверх или вниз называется тактом.

1 такт - всасывание: Пусть поршень движется вниз из крайнего верхнего положения и впускной клапан 4 открыт. Через этот клапан в камеру сгорания всасывается горючая смесь — пары бензина с воздухом. В конце такта клапан 4 закрывается.

2 такт - сжатие: Поршень начинает подниматься вверх, сжимая горючую смесь. В запальной свече 6 проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется.

3 такт – рабочий ход: Продукты сгорания с большой силой давят на поршень, который опускается вниз и с помощью шатуна и кривошипа приводит во вращение коленчатый вал.

4 такт – выхлоп: В конце рабочего хода, когда поршень приходит в край­нее положение, открывается выхлопной клапан. Поршень, поднимаясь вверх, выталкивает отработавшие газы в атмосферу. После этого начинается снова первый такт.

У всех тепловых двигателей КПД невысок, он не до­стигает даже 50%. Основная причина низкого КПД заключается в том, что пар или газ, получив энергию от сгоревшего топлива, не может ее полностью пре­вратить в механическую энергию. Газ удаляется из машины, имея достаточно высокую температуру. Все тепловые потери приводят к повышению внутренней энергии окружающих тел и, в конечном счете, атмосферы.

Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледни­ков и катастрофическому повышению уровня Мирового оке­ана, к изменению природных комплексов, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы ро­ста энергопотребления увеличиваются. Бороться с негатив­ными последствиями применения тепловых машин можно только путем увеличения эффективности использования энергии, путем ее экономии.

Топки тепловых электростанций, ДВС автомобилей вы­брасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, например сернистые соединения, оксиды азота, углеводороды, ок­сид углерода (угарный газ СО), хлор и т. д. Это стало причиной выпадения кислотных осадков.

Проводится регулировка двигателей для более полного сгорания топлива и уменьшения содержания угарного газа (СО) в выбрасываемых продуктах сгорания. При решении экологических проблем важную роль должны играть постоянная экономия всех видов энергии, переход на сберегающие технологии.

Билет №7.