Какие устройства относятся к тепловым двигателям: разбор типов и принципов работы (7 видео)

Тепловые двигатели – это устройства, которые преобразуют тепловую энергию, получаемую от сжигания топлива или других источников, в механическую или электрическую энергию. Они имеют широкое применение в различных сферах, начиная от автомобильной промышленности и заканчивая энергетикой и промышленностью в целом.

Классификация тепловых двигателей включает следующие основные типы:

— Внутреннее сгорание;

— Внешнее сгорание;

— Излучение.

Внутреннее сгорание – это тип теплового двигателя, при котором сжигание топлива происходит внутри рабочего цилиндра. Такие двигатели включают в себя бензиновые и дизельные двигатели, которые наиболее распространены в автомобилях и другой технике. Внутреннее сгорание осуществляется с помощью смесей топлива и воздуха, и происходит в результате искровой зажигалки или сжатия воздуха до температуры самовозгорания.

Содержание

Категории тепловых двигателей
Внутреннего сгорания
Тепловые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием
Тепловые двигатели с самовозгоранием
Тепловые двигатели внешнего сгорания
Паровые двигатели
Газотурбинные двигатели
Тепловые двигатели работающие на теплоте извне
🔍 Видео

Видео:Тепловой двигатель ● 1Скачать

Категории тепловых двигателей

Первая категория – это тепловые двигатели внутреннего сгорания. Они используются в большинстве автомобилей. Внутренний сгорания означает, что сжигание топлива происходит внутри цилиндров двигателя. Такие двигатели могут быть искрового зажигания или самовозгорания, в зависимости от типа используемого топлива.

Искровой зажигания – это тип двигателя, который работает на бензине или газе. Смесь топлива и воздуха поджигается с помощью искры от свечи зажигания. Это создает энергию, которая приводит в движение поршни двигателя.

Самовозгорания – это тип двигателя, который работает на дизельном топливе. Здесь смесь топлива и воздуха самовозгорается при достижении определенной температуры. Это создает давление, которое приводит поршни двигателя в движение.

Вторая категория – это тепловые двигатели внешнего сгорания. Они используются в паровых двигателях и газотурбинных двигателях. Внешнее сгорание означает, что сжигание топлива происходит вне двигателя. Теплота от сгорания передается рабочему телу, которое затем приводит в движение механизмы двигателя.

Паровые двигатели – это тип двигателя, который использует пар в качестве рабочего тела. Вода нагревается до кипения, и пар под высоким давлением поступает в цилиндры двигателя, приводя поршни в движение.

Газотурбинные двигатели – это тип двигателя, который использует газы в качестве рабочего тела. Горячие газы, полученные от сгорания топлива, приводят вращение турбины, которая затем приводит в движение вал двигателя.

Третья категория – это тепловые двигатели, работающие на теплоте извне. Они получают теплоту не от сгорания топлива, а извне – солнечной энергией, геотермальным теплом или любым другим источником тепла. Эта категория включает различные типы тепловых двигателей, которые используются на энергетических станциях, в системах отопления и других областях.

Видео:Принципы действия тепловых двигателей. КПД. КПД тепловых двигателей | Физика 10 класс #43 | ИнфоурокСкачать

Внутреннего сгорания

Такие двигатели могут быть искрового зажигания или самовозгорания в зависимости от типа топлива и способа его воспламенения. Двигатели искрового зажигания работают на бензине или сжиженном природном газе, где смесь топлива и воздуха воспламеняется искрой от свечи зажигания.

Двигатели самовозгорания, в свою очередь, работают на дизельном топливе, где сжатая воздушно-топливная смесь самовозгорается от высокой температуры сжатия. Такие двигатели отличаются высоким крутящим моментом и пригодны для использования в тяжелых грузовых автомобилях и судах.

Двигатели внутреннего сгорания широко применяются в автомобилях, мотоциклах, лодочных моторах и многих других транспортных средствах. Они обеспечивают мощность и удобство в использовании благодаря своей компактности и эффективности.

Тепловые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием

Основным преимуществом тепловых двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием является высокая эффективность преобразования тепловой энергии в механическую. Кроме того, такие двигатели обладают компактными размерами и могут работать на различных видах топлива, что делает их универсальными и широко используемыми в автомобильной и других отраслях промышленности.

Однако, тепловые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием также имеют свои недостатки. Они являются источником выбросов вредных веществ, таких как оксиды азота и углеводороды. Кроме того, поддержание равновесия между топливной смесью, искровой инициацией и временем зажигания является сложным и требует точной настройки.

Тем не менее, тепловые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием остаются одними из наиболее распространенных и востребованных типов двигателей благодаря своим преимуществам и универсальности.

Тепловые двигатели с самовозгоранием

Принцип работы

Тепловые двигатели с самовозгоранием работают по принципу сжатия воздуха в цилиндре с последующим его нагревом, что приводит к воспламенению рабочего вещества.

Примеры тепловых двигателей с самовозгоранием

Примерами тепловых двигателей с самовозгоранием являются дизельные двигатели и некоторые модели газовых двигателей.

Дизельные двигатели применяются во многих сферах, включая автомобильную промышленность, судостроение, энергетику и другие отрасли. Они отличаются высокой топливной экономичностью и надежностью работы.

Газовые двигатели с самовозгоранием широко используются в промышленности и энергетике для привода насосов, компрессоров, генераторов и другого оборудования. Они работают на природном газе или сжиженном газе и обладают большой мощностью и экономичностью.

Видео:Физика 10 класс (Урок№25 - Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей.)Скачать

Тепловые двигатели внешнего сгорания

Главным преимуществом тепловых двигателей внешнего сгорания является возможность использования различных видов топлива. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, которые часто требуют специальных топлив для эффективной работы, тепловые двигатели внешнего сгорания могут работать на широком спектре топлив, включая древесный уголь, нефть, газ и даже солнечную энергию.

Существуют различные типы тепловых двигателей внешнего сгорания. Один из наиболее распространенных типов — это паровые двигатели. В паровых двигателях вода нагревается и превращается в пар, который затем используется для вращения турбины или поршня. Паровые двигатели были широко использованы в промышленности в XIX веке, но сейчас их роль сильно сократилась из-за развития более эффективных и компактных типов двигателей.

Еще одним типом тепловых двигателей внешнего сгорания являются газотурбинные двигатели. В газотурбинных двигателях сжатый воздух смешивается с топливом и сгорает, что вызывает увеличение давления и температуры газа. Этот газ затем расширяется в турбине, что приводит к вращению вала и генерации энергии. Газотурбинные двигатели обычно используются для привода электростанций или для наземного и воздушного транспорта, так как они обладают высокой эффективностью и высоким кпд.

Тепловые двигатели внешнего сгорания тесно связаны с понятием тепловой энергии и являются основой многих промышленных и энергетических процессов. Они представляют собой важную часть современной инженерии и технологии, обеспечивая надежный и эффективный способ преобразования теплоты в механическую энергию.

Паровые двигатели

Основные компоненты парового двигателя:

Котел – место, где происходит нагревание воды и ее превращение в пар;
Двигатель – устройство, использующее расширение пара для создания движения;
Конденсатор – место, где пар снова превращается в воду путем охлаждения;
Насос – устройство, ответственное за подачу воды в котел.

Работа парового двигателя основана на цикле Карно, который включает в себя несколько стадий:

Изохорное нагревание – вода в котле нагревается при постоянном давлении;
Адиабатическое расширение – пар расширяется, делая работу;
Изохорное охлаждение – пар конденсируется в конденсаторе, отдавая тепло;
Адиабатическое сжатие – оставшаяся вода подается обратно в котел с помощью насоса.

Паровые двигатели применяются во многих отраслях промышленности и транспорта. Исторически наиболее известными являются паровые машины, которые использовались во время промышленной революции для привода фабричного оборудования и паровых поездов.

Сегодня паровые двигатели все еще используются в некоторых областях, таких как энергетика и морская промышленность. Кроме того, паровые двигатели также применяются в некоторых экспериментальных и научных проектах в качестве альтернативы другим типам двигателей.

Газотурбинные двигатели

Принцип работы газотурбинных двигателей основан на цикле Брэйтона, который состоит из нескольких последовательных процессов. Вначале воздух сжимается и нагревается в компрессоре и горелке, затем происходит сгорание топлива, после чего газы расширяются в турбине, передавая свою энергию вращения на вал, который соединен с нагрузкой.

Главное преимущество газотурбинных двигателей – высокая мощность и эффективность работы. Они могут быть использованы в самолетах, судах, энергетических установках и других отраслях промышленности. Благодаря своей компактности и относительно низкому весу они широко применяются в авиации.

Газотурбинные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями внутреннего сгорания: они работают более плавно, имеют меньше вибраций и шума, их степень механической разрушаемости ниже, а также реагируют быстрее на изменение нагрузки.

Однако у газотурбинных двигателей есть и недостатки. Они имеют высокую стоимость и требуют сложного технического обслуживания. Также газотурбинные двигатели показывают неэффективность при низких нагрузках и требуют для работы наличия топлива высокого качества.

Тем не менее, благодаря своим преимуществам, газотурбинные двигатели являются востребованным решением для обеспечения энергетических нужд различных отраслей промышленности и транспорта.

Видео:Физика 8 класс (Урок№10 - Энергия топлива. Принципы работы тепловых двигателей.)Скачать

Тепловые двигатели работающие на теплоте извне

Тепловые двигатели, работающие на теплоте извне, могут использовать различные источники теплоты, такие как солнечная энергия, геотермальная энергия или отходы производственных процессов. Они преобразуют тепловую энергию в механическую работу с помощью цикла термодинамических процессов.

Примерами таких тепловых двигателей являются тепловые насосы и некоторые виды турбин. Тепловые насосы используются для нагрева или охлаждения помещений, а также для подогрева воды. Они работают на основе обратимого цикла компрессии и диссоциации, где теплоту получают из окружающей среды.

Турбины, работающие на теплоте извне, применяются в геотермальных электростанциях и солнечных электростанциях. Они используют теплоту, полученную из горячих видов энергии, чтобы создать пар или горячие газы, которые расширяются и приводят в движение лопатки турбины, генерируя электричество.

Тепловые двигатели, работающие на теплоте извне, обеспечивают эффективное использование тепловой энергии и позволяют эффективно преобразовывать ее в полезную работу. Они являются важным элементом экологически устойчивых технологий и могут сыграть значительную роль в снижении негативного влияния на окружающую среду и энергетическую эффективность.