Т. Тепловые двигатели

Тепловые двигатели. Принцип действия тепловых двигателей

Тепловым двигателем называется устройство, совершающее механическую работу за счет внутренней энергии топлива.

Тепловые двигатели весьма разнообразны как по конструкции, так и по назначению. Это и паровые турбины на тепловых электростанциях, и двигатели внутреннего сгорания на автомобилях, тракторах, и реактивные двигатели различных типов.

Все тепловые двигатели обладают общим свойством — периодичностью действия (цикличностью), в результате чего рабочее тело периодически возвращается в исходное состояние.

Принцип действия теплового двигателя рассмотрим на примере поршневого двигателя.

Любой тепловой двигатель состоит из трех основных частей: рабочего тела, нагревателя и холодильника (рис. 1).

Рис. 1

Рабочее тело (пар или газ) получает некоторое количество теплоты Q₁ от нагревателя, у которого за счет сгорания топлива поддерживается постоянная высокая температура T₁. Это количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа и совершение им работы A₁. В результате газ, расширяясь, переходит из состояния 1 в состояние 2 (линия 1а2), совершая работу A₁, равную площади фигуры В1а2С (рис. 2).

Рис. 2

Чтобы процесс был циклическим, поршень необходимо вернуть в исходное положение. Если процесс сжатия провести в обратном порядке (линия 2а1), то работы газа и над газом будут одинаковы и суммарная работа будет равна нулю. Поэтому, чтобы работа сжатия A₂ была по абсолютному значению меньше работы расширения, нужно, чтобы каждому значению объема при сжатии соответствовало меньшее давление, чем при расширении (линия 2b1). А это возможно осуществить, только если газ перед сжатием охладить. Для этого рабочее тело приводят в контакт с телом меньшей температуры T₂ < T₁ (холодильником). Рабочее тело при этом отдает холодильнику некоторое количество теплоты Q₂, и при сжатии совершается работа A₂, равная площади фигуры 1b2СВ. Полезная работа за цикл Α = A₁ - A₂ численно равна площади фигуры 1a2b1.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 162-163.