Тепловые двигатели

Главное преимущество двигателя Ванкеля – малые размеры при заданной мощности. В двигателе вдвое меньше движущихся частей, чем в поршневом, и, следовательно, он потенциально надежнее и дешевле в производстве.

2.8. Реактивные двигатели

 

Реактивная струя создается реактивным двигателем, являющимся по существу двигателем внутреннего сгорания. На рисунке рис.16. показана схема устройства одного из типов реактивных двигателей, устанавливаемых на самолетах. Двигатель заключен в цилиндрический корпус, открытый спереди (воздухоприемное отверстие) и сзади (выходное сопло). Воздух входит в переднее отверстие (это показано стрелками) и попадает в компрессор, состоящий из ряда лопаток, укрепленных на вращающихся колесах. Компрессор гонит воздух вдоль оси двигателя, уплотняя его при этом. После компрессора воздух поступает в камеру, в которую впрыскивается горючее. Получается горючая смесь, которая воспламеняется, образуя газы высокой температуры и высокого давления. Газы направляются к выходному соплу, по пути приводя в действие газовую турбину, вращающую компрессор, а затем вырываются через сопло из заднего отверстия двигателя. Газы, покидающие двигатель и получающие огромную скорость в направлении назад, действуют на самолет с силой реакции, направленной вперед. Эта сила и приводит в движение самолет.

рис.16.Схема устройства реактивного двигателя

 

Вывод по главе: проанализирована глава 2. «Применение тепловых двигателей. Сделан вывод, что наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока.

Тепловые двигатели - паровые турбины - устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном - ДВС и паровые турбины; на ж/д. тепловозы с дизельными установками; в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.

 

Глава 3.  Анализ школьных учебников по физике для 10 класса на предмет изучения тепловых двигателей.

 

В этой главе изложен результат анализа учебников по физике для 10 классов по теме «Тепловые двигатели: Г. Я. Мякишев (Просвещение -2010); В. А. Касьянов (Дрофа - 2000).

 Для анализа учебников физики использованы количественные и качественные критерии. С количественной точки зрения учебные пособия сравнивались по пяти параметрам:

• число страниц;
• число подтем;
• количество примеров решения задач;
• число задач, формирующих у школьников основные элементы физических знаний и умений на уровне применения в знакомой и нестандартной ситуациях;
• количество вопросов;

Первые четыре параметра определяют уровень интенсивности учебного процесса, так как большой объем материала, насыщенного информацией и выводами формул, требует времени и интеллектуальных усилий для осмысления и запоминания. Увеличение же числа основных положений, подлежащих обязательному усвоению, предполагает соответственное укрупнение комплекса упражнений и задач, необходимых для их оптимальной отработки. Поэтому чрезмерное количество названных компонентов — важнейший фактор перегрузки школьников и ухудшения восприятия учащимися информации.

Вместе с тем некоторые характеристики учебников положительно влияют на интенсивность учебного процесса, облегчая понимание информации, обеспечивая возможность комфортной и эффективной работы с текстом.

          К ним относятся:

• выделение полиграфическими средствами важнейших элементов содержания (определений понятий, формулировок законов, принципов и т.д.);
• использование образов (рисунков, графиков, диаграмм, таблиц);
• наличие резюме, выводов по главам, которые способствуют осмыслению иерархии, статуса элементов физического знания и более эффективному усвоению базовых компонентов курса физики.
• наличие примеров решения задач, которые способствуют более глубокому пониманию и осмыслению связей с жизнью.

В таблице 1 приведены полученные данные, позволяющие охарактеризовать эти пособия и выявить их особенности:

       Таблица 1

	Г.Я.Мякишев	В.А. Касьянов
Число страниц	4	6
Количество рассмотренных подтем	4	4
Количество задач по теме	3	5
Примеры решения задач	3	0
Количество вопросов по теме	5	5

 

Параграф  «Тепловые двигатели» в учебнике физики Г.Я.Мякишева входит в главу «Основы термодинамики» имеет относительно малый объем и небольшое количество подтем . В таблице 2 приведены подтемы и изучаемые понятия, которые включаются в изучение этого параграфа:

 

Таблица 2.

Название подтемы	Изучаемые понятия
«Принцип действия тепловых двигателей»	- рабочее тело; -температура нагревателя;
«Роль холодильника»	- температура холодильника; -конденсаторы;
«Коэффициент полезного действия теплового двигателя»	- полезная работа; -работа, совершаемая двигателем;
«Максимальное значение КПД теплового двигателя»	-идеальная машина Карно; -реальная тепловая машина;

 

В учебнике всего лишь одна иллюстрация. Основные формулы не выделены  цветом, что усложняет их использование при практической деятельности, но они оснащены сносками в тексте, что позволяет быстрее ориентироваться в тексте.  Так же здесь есть свои плюсы,   введенные новые понятия и основные правила выделены курсивом, имеются средства для индивидуализации учебной деятельности школьников: вопросы, примеры решения задач, упражнения (без ответа), что является минусом, так как может привести к неправильному решению. В конце учебника сделан общий вывод по параграфу, он дает общее представление по изученной теме.

Параграф  «Тепловые двигатели» в учебнике физики В. А. Касьянова входит в раздел «Термодинамика». Имеет относительно малый объем и небольшое количество подтем . В таблице 3 приведены подтемы и изучаемые понятия, которые включаются в изучение этого параграфа:

Таблица 3.

Название подтемы	Изучаемые понятия
«Работа, совершаемая двигателем»	-тепловой двигатель; -рабочее вещество; -полная механическая работа; -холодильник;
«КПД замкнутого цикла»	-замкнутый цикл; -коэффициент полезного действия;
«Цикл Карно»	-изотермическое расширение; -адиабатное сжатие; - адиабатное расширение; - изотермическое сжатие;
«Тепловые двигатели и охрана окружающей среды»	-сжигание топлива; -парниковый эффект;

 

Учебник способствует развитию познавательного интереса к учебному предмету. Содержит рисунки, таблицу, выноски на главные формулы, что помогает лучше усваивать информацию и облегчает учебный процесс. Так же в учебнике присутствуют формулы, выделенные цветом, что помогает лучше ориентироваться  при решении задач и не терять время на их поиск. Имеются в нем и средства для индивидуализации учебной деятельности школьников: вопросы, задачи (с ответом). Это поможет правильно решить данную задачу. Однако в отличие от учебника Г. Я. Мякишева здесь отсутствуют примеры решения задач. Это бы помогло лучше усвоить материал, и было бы хорошим подспорьем при решении домашних задач. В книге хорошее полиграфическое исполнение, использование цвета, Выноски основных формул, выделение в тексте основных элементов делают учебные пособия эстетически привлекательными и удобными для познавательной деятельности.

Учебник физики  В. А. Касьянова имеет более простую структуру в отличие от учебника Г.Я.Мякишева, что помогает лучше ориентироваться в материале и делает его более интересным и познавательным для школьников. Он отличается насыщенностью рисунков, иллюстраций,  формул.

Учебник физики Г.Я.Мякишева имеет сложное изложение материала, Параграф загружен формулами.

Таким образом, наиболее полная информация по данному разделу представлена в учебниках Г.Я.Мякишева. Этот учебник можно использовать для более глубокого изучения материала. Однако, для базового изучения главы «тепловые двигатели » больше подходит учебник В. А. Касьянова.

Вывод по главе: проанализировано содержание темы «Тепловые двигатели» в учебниках Г.Я.Мякишева и В. А. Касьянова (10 класс). Сделан вывод, что учебник физики В. А. Касьянова имеет более простую структуру, что помогает лучше ориентироваться в учебном материале и делает его более интересным и познавательным для школьников.

 

Заключение

 

Итак, машины4, производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими телами, называются тепловыми двигателями. В большинстве таких машин нагревание получается при сгорании топлива, благодаря чему нагреватель получает достаточно высокую температуру. В этих случаях работа совершается за счет использования внутренней энергии смеси топлива с кислородом воздуха. Кроме того, существуют машины, в которых нагревание производится Солнцем, а также проекты машин, использующих разности температур морской воды. Однако пока ни те, ни другие не имеют заметного практического значения. В настоящее время эксплуатируются также тепловые машины, использующие теплоту, выделяющуюся в реакторе, где происходит расщепление и преобразование атомных ядер.

К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта.

Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенно мощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др.

В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.

В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока.

Тепловые двигатели - паровые турбины - устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном - ДВС и паровые турбины; на ж/д. тепловозы с дизельными установками; в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов. Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу две-три тонны - свинца.

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.

Выбросы вредных веществ в атмосферу - не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.

 

 

 

Список литературы

 

1. Брускин Д.Э. Электрические машины. Высшая школа./ Д.Э Брускин -М.,1981.

2. Вырубов Д.Н. Двигатели внутреннего сгорания./ Д.Н Вырубов- М., 2001.

3. Ефимов С.И., Алексеев В.П. Двигатели внутреннего сгорания./ С.И. Ефимов, В.П. Алексеев -М., 2003.

4. Жолобов А.А. Технология автоматизированного производства: Учебник для вузов./ А.А. Жолобов – Мн.: ДизайнПРО, 2000.

5. Жернаков В.С. Тепловые двигатели: общие положения. / В.С. Жернаков – М., 2001

6. Ильчанинов В.П. Паровые машины./ В.П. Ильчанинов – М., 2000.