|
Карбюраторный двигатель внутреннего сгоранияДля сообщения рабочему телу количества теплоты Q1 необходимо топливо. Оказалось, что КПД двигателя выше, если сжигать топливо внутри цилиндра. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – двигатель, в котором топливо сгорает внутри цилиндра. Рабочее тело ДВС – горючая смесь бензина и воздуха (на 1 кг бензина для его полного сгорания требуется около 15 кг воздуха). Карбюратор – устройство, смешивающее воздух с бензином. Работа двигателя: 1. При прямом ходе поршня (сверху вниз) через впускной клапан 1 горючая смесь поступает в цилиндр, давление постоянно. 2. При обратном ходе поршня (снизу вверх) происходит быстрое (адиабатическое) сжатие. 3. В конце сжатия электрическая искра воспламеняет горючую смесь, которая выделяет количество теплоты Q1, резко увеличивая в цилиндре температуру и давление. Процесс сгорания изохорический (происходит очень быстро, объем почти не меняется). Далее газ адиабатически расширяется и совершает работу (рабочий ход поршня). · Процессы 2 и 3 проходят при закрытых клапанах. 4. В конце цикла поршень идет вверх, через выпускной клапан 2 газ выходит в атмосферу, отдавая тепло Q2 окружающей среде. График рабочего цикла р(V): · Чем больше сжатие газа в цилиндре, тем выше КПД ДВС. Однако, самопроизвольное возгорание (детонация) горючей смеси ограничивает степень сжатия и КПД карбюраторного ДВС (h»24%). Двигатель Дизеля В 1892 г. Рудольф Дизель (1858–1913, Германия) предложил сжимать не горючую смесь, а только воздух. В конце такта адиабатического сжатия в цилиндр впрыскивалось топливо и воспламенялось от высокой температуры сжатого воздуха (t 0 = 600–7000С). Степень сжатия и КПД при этом возросли. Дизельные двигатели имеют h» 40% и используются в мощных грузовых автомобилях, тракторах, речных судах и т. д. Необратимость тепловых процессов Рассмотрим процессы: 1) падение тела с высоты; 2) теплообмен; 3) вращение колеса на ступице. Из опытов следует, что самопроизвольно все эти процессы протекают только в одном направлении: 1) тело падает сверху вниз; 2) тепло передается от более нагретого тела менее нагретому; 3) скорость вращения колеса уменьшается, ступица нагревается. Обратные процессы – подъем тела снизу вверх, переход энергии от холодного тела к горячему и переход тепловой энергии в механическую – возможны и не противоречат закону сохранения и превращения энергии. Однако, самопроизвольно (без применения дополнительного оборудования и усложнения самого процесса) не происходят. Необратимый процесс – процесс, естественным образом протекающий только в одном направлении. · Из практики известно, что тепловые процессы – необратимые. · Все естественные (природные) процессы – необратимые. Второй закон термодинамики Исследовав необратимость тепловых процессов, Рудольф Клаузиус (1822-1888, Германия) в 1850 г. сформулировал фундаментальный второй закон термодинамики: если в теплообмене участвуют два тела с разными температурами, то самопроизвольно тепло переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Значит, построить вечный двигатель, основанный на самопроизвольном переходе всей тепловой энергии в механическую, невозможно. Тепловое расширение Из опытов известно, что газы, жидкости и твердые тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Различают линейное и объемное тепловые расширения. Линейное расширение – увеличение одного из линейных размеров тела (как правило длины) при повышении температуры. · О линейном расширении говорят применительно к твердым телам, т.к.газ и жидкость принимают форму сосуда, в котором находятся. Объемное расширение – увеличение объема вещества при повышении температуры. · Можно говорить об объемном расширении вещества во всех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном). Линейное расширение Пусть стержень при t 0 = 00С имеет длину l0. При увеличении температуры до t длина стала l = l0 + Dl, где Dl – увеличение длины при повышении температуры на D t = t – t 0. Из опытов известно, что Dl ~ D t и Dl ~ l0. Тогда Dl = a ×D t ×l0. Коэффициент линейного расширения (a) – отношение относительного изменения длины тела к вызвавшему его изменению температуры D t. [ a ] = 1 град-1 · a зависит от вещества. · Линейное расширение учитывают при проектировании зданий, мостов и др. объектов, испытывающих перепады температуры. Объемное расширение Пусть вещество при t 0 = 00С имеет объем V 0. При увеличении температуры до t объем увеличится до V = V 0 + D V, где D V – увеличение объема при повышении температуры на D t = t – t 0. Из опытов известно, что D V ~ D t и D V ~ V 0. Тогда D V = b ×D t × V 0. Коэффициент объёмного расширения (b) – отношение относительного изменения объема вещества к вызвавшему его изменению температуры D t. [ b ] = 1 град-1 · b зависит от вещества (для твёрдых тел b» 3a). · Объемное расширение учитывают при проектировании механизмов, испытывающих перепады температур (ДВС, турбины и др.). 4. Агрегатные состояния вещества Фаза вещества Вповседневной реальности мы привыкли к тому, что одни вещества – твердые, другие – жидкости, третьи – газы. Это наблюдение сделано при малом изменении температуры и давления (в пределах нескольких %). Если условия меняются значительно, то можно наблюдать, например, переход железа из твердого состояния в жидкое, а затем в газообразное. Воздух при понижении температуры и увеличении давления сначала переходит в жидкое состояние, затем – в твёрдое. Значит, вещество может находиться в различных термодинамических фазах (п.2.2) – твердой, жидкой, газообразной. Фазовый переход – переход вещества из одной термодинамической фазы в другую. Свойства жидкостей Жидкости: 1) почти несжимаемы (расстояние между молекулами невелико); 2) текучи (молекулы могут свободно перемещаться друг относительно друга); 3) принимают форму сосуда, в котором находятся (в состоянии невесомости принимают форму шара); 4) диффундируют быстрее, чем твердые тела. Рассмотрим каплю жидкости. Силы притяжения, действующие на «внутреннюю» молекулу (1) со стороны других молекул, компенсированы и их равнодействующая равна нулю. «Наружная» молекула (2) втягивается внутрь жидкости равнодействующей . Таким образом, жидкость стремится «втянуть» внутрь все наружные молекулы и занять минимальный объем. Свойство жидкости сокращать свою поверхность выглядит так, будто она «обтянута» тонкой упругой пленкой. ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|