В двигателе внутреннего сгорания механическую работу за счет

Ребятаа,помогите пожалуйста с тестом по физике,за 8 класс 20баллов вам)) Работа пара и газа пр…

Ребятаа,помогите пожалуйста с тестом по физике,за 8 класс
20баллов вам))
Работа пара и газа при расширении

1. Как изменяется внутренняя энергия пара или газа при расширении? Изменение какой физической величины свидетельствует об этом?

а) Уменьшается; массы.
б) Увеличивается; температуры.
в) Уменьшается; температуры.
г) Увеличивается; мощности.

2. Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается во внутреннюю энергию газа или пара, а затем в механическую энергию, называют…

а) …гидравлическими машинами.
б) …тепловыми двигателями.
в) …простыми механизмами.

3. Какой тепловой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

а) Который имеет внутреннюю камеру сгорания топлива.
б) У которого топливо сгорает внутри рабочего цилиндра двигателя.
в) Для которого используется жидкое топливо, вводимое непосредственно в двигатель.

4. Из последовательности каких 4-х тактов состоит каждый цикл работы двигателя внутреннего сгорания?

а) Впуск, расширение, воспламенение, рабочий ход.
б) Впуск, сжатие, воспламенение, выпуск.
в) Впуск, воспламенение, рабочий ход, выпуск.
г) Впуск, Сжатие, рабочий ход, выпуск.

5. Зачем для работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания нужен маховик на его валу?

а) Чтобы маховик во время рабочего хода запасал энергию, нужную для работы двигателя внутреннего сгорания.
б) Чтобы маховик вращал вал двигателя в интервалах времени между рабочими ходами.
в) Чтобы, получив энергию во время рабочего хода и вращаясь затем по инерции, маховик поворачивал вал двигателя для осуществления других тактов цикла его работы.

6. Паровая (газовая) турбина — вид теплового двигателя…

а) …приводимого в движение струями пара (газа), Давящими иа лопатки дисков, находящихся на его валу.
б) …отличающегося от двигателя внутреннего сгорания тем, что может работать на любом топливе.
в) …без поршня и системы зажигания топлива.
г) …для которого характерны все пункты а, б, в.

7. Наличие каких составных частей обязательно для работы теплового двигателя?

а) Рабочего тела — пара или газа.
б) Камеры сгорания топлива или парового котла с топкой.
в) Отвода отработанного пара или газа.
г) Нагревателя, рабочего тела, холодильника.

8. Какая физическая величина характеризует экономичность двигателя?

а) Произведенная двигателем механическая работа.
б) Его мощность.
в) Коэффициент полезного действия двигателя.
г) Количество теплоты, полученное при сгорании топлива.

9. Коэффициент полезного действия — это физическая величина, равная…

а) …совершенной двигателем полезной работе.
б) .. .отношению произведенной двигателем полезной рабоггы к полученной от нагревателя энергии.
в) …количеству теплоты, выделенной при сгорании топлива.

10. По каким формулам находят коэффициент полезного действия теплового двигателя?

11. Определите КПД двигателя внутреннего сгорания, который производит 46 • 106 Дж полезной работы, затрачивая 3 кг бензина.

12.* Сколько дров придется сжечь в топке парового котла, чтобы турбина, коэффициент полезного действия которой 32%, произвела 3,2 • 108 Дж полезной работы?

§ 24. КПД теплового двигателя

Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть энергии, которая выделяется топливом. Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве.

Тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника. Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты.

Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу за счёт своей внутренней энергии. Часть энергии передаётся атмосфере — холодильнику — вместе с отработанным паром или выхлопными газами.

Очень важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие коэффициента полезного действия двигателя — КПД.

Отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

Коэффициент полезного действия обозначают η (греч. буква «эта»).

КПД теплового двигателя определяют по формуле

где А_п — полезная работа, Q₁ — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q₂ — количество теплоты, отданное холодильнику, Q₁ — Q₂ — количество теплоты, которое пошло на совершение работы. КПД выражается в процентах.

Например, двигатель из всей энергии, выделившейся при сгорании топлива, расходует на совершение полезной работы только одну четвёртую часть. Тогда коэффициент полезного действия двигателя равен ¼, или 25% .

КПД двигателя обычно выражают в процентах. Он всегда меньше единицы, т. е. меньше 100% . Например, КПД двигателей внутреннего сгорания 20—40%, паровых турбин — немногим выше 30%.

Вопросы

1. Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?
2. Что называют КПД теплового двигателя?
3. Почему КПД двигателя не может быть не только больше 100%, но и равен 100%?
4. Какой такт работы двигателя внутреннего сгорания изображён на рисунке 29?

Упражнение 17

1. Можно ли за счёт внутренней энергии тела, равной 200 Дж, совершить механическую работу в 200 Дж?
2. Тепловая машина за цикл получает от нагревателя количество теплоты, равное 155 Дж, а холодильнику отдаёт количество теплоты, равное 85 Дж. Определите КПД машины.
3. Определите количество теплоты, отданное двигателем внутреннего сгорания холодильнику, если его КПД равен 30%, а полезная работа равна 450 Дж.

Задание

Подготовьте доклад на одну из тем (по выбору). История изобретения паровых машин.

• История изобретения турбин.
• Первые паровозы Стефенсона и Черепановых.
• Достижения науки и техники в строительстве паровых турбин.
• Использование энергии Солнца на Земле.

Способ получения механической энергии из тепловой

Владельцы патента RU 2272918:

Изобретение относится к области двигателестроения. Предложен способ получения механической энергии из тепловой в двигателях внутреннего сгорания, при котором топливо сжигается в сжатом воздухе, а продукты сгорания, расширяясь, совершают механическую работу, при этом соотношение между степенью сжатия воздуха и степенью расширения рабочих газов рассчитывается по формуле:

где ε_p — степень расширения рабочих газов; ε_сж — степень сжатия воздуха; Т_гор — температура горения топлива; γ=C_p/C_v; С_р — изобарическая теплоемкость газов; С_v — изохорическая теплоемкость газов, а после полного воспламенения в пламя впрыснуть порцию воды. Изобретение обеспечивает повышение КПД в двигателях внутреннего сгорания для данной температуры горения. 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения.

Известен способ получения механической энергии из тепловой в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в том, что топливо сжигают в сжатом воздухе, а полученные в результате горения газы, расширяясь, совершают механическую работу /«Курс физики», Москва, 1966. Часть вторая, стр.206-212/. При этом только 20. 40% тепловой энергии превращается в полезную и примерно столько же теряется с выхлопными газами. Происходит это потому, что в обычном ДВС степень расширения равна или меньше степени сжатия и не хватает объема, чтобы произошло максимально возможное превращение тепловой энергии в механическую.

Частичное снижение потерь происходит в цикле Аткинсона за счет превышения степени расширения над степенью сжатия. Это достигается более поздним закрытием впускного клапана /«Automotive Engineering», 1998, Nol, p.39-32/. Однако и в этом случае цикл заканчивается, когда давление рабочих газов еще выше «единицы».

Технической задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия путем завершения цикла равенством давлений по обе стороны поршня равным 1 атм.

Поставленная задача решается за счет того, что способ получения механической энергии из тепловой в двигателях внутреннего сгорания заключается в том, что топливо сжигают в сжатом воздухе, а полученные в результате горения газы, расширяясь, совершают механическую работу, при этом соотношение степеней сжатия и расширения рассчитывается по формуле:

где ε_p — степень расширения рабочих газов;

ε_сж — степень сжатия воздуха;

Т_гор — температура горения топлива;

С_р — изобарическая теплоемкость газов;

С_v — изохорическая теплоемкость газов;

298 — нормальная температура по шкале Кельвина.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически показан двигатель; на фиг.2 — диаграмма работы двигателя.

Двигатель состоит из компрессора 1, рабочей машины 2, соединяющей их камеры сжатия 3, свечи накаливания 4. Объем компрессора (фиг.1) равен V_к, камеры сжатия V_сж и рабочей машины V_р.м.

Получение механической энергии происходит следующим образом. Воздух из атмосферы засасывается в компрессор 1, там сжимается и передается в камеру сжатия 3. Величина давления при этом зависит от степени сжатия, которая вычисляется по формуле: .

Из камеры 3 сжатый воздух поступает в рабочую машину 2. При этом возможно смешение топлива с воздухом как в компрессоре 1, как в камере 3, так и в рабочей машине 2. Смесь вступает в соприкосновение с раскаленной нитью свечи 4, воспламеняется, и давление многократно возрастает. Это давление с помощью специальных механизмов превращается во вращательное движение маховика. При этом полнота использования полученного давления зависит от соотношения объема, в котором происходит расширение продуктов горения, и объема, в котором сжимался воздух, а именно отношение объема V_р.м+V_сж к объему V_к+V_сж. По аналогии со степенью сжатия можно сделать определение степени расширения .

Известны соотношения параметров термодинамического цикла (1)

(Геворкян Р.Г. и др. «Курс общей физики» Москва, Высшая школа, 1972 с.163-167).

Исходное состояние термодинамической системы (ТДС):

Р=1 атм ε_с=10.

1-й такт — сжатие (адиабатическое):

в конце такта ТДС будет иметь следующие параметры:

согласно (3) т.е.

тогда P=P·ε γ _с.

2-й такт — горение (изохорическое)

Согласно (1)

Подставив вместо «Р» и «Т» их значения после сжатия, получим

3-й такт — расширение (адиабатическое):

В конце такта давление станет равным 1 атм, т.е. P₃=P=1 атм.

Объем станет равным V₃.

По аналогии со степенью сжатия назовем — степенью расширения.

Температура

Чтобы узнать температуру в конце адиабатического расширения, необходимо найти значение «ε_р»:

тогда

Нижеследующий расчет подтверждает, что предложенное соотношение позволяет получить в конце цикла давление, равное 1. Возьмем степени сжатия, известные из практики, 8,5 и 17, тогда соответствовать им будут степени расширения:

для ε_сж=8.5 и

Максимально возможные значения давлений перед началом расширения будут соответственно равны:

для ε_сж=8,5 и для ε_сж=17

Находим давление в конце расширения по формуле:

для ε_сж=8,5 и для ε_сж=17

Любое другое соотношение приведет к результату, отличному от 1, при этом газы исчерпывают пневматический ресурс. Однако тепловой ресурс еще сохраняется. Например, для ε=8,5, температура газов равна 802 К.

Таким образом, применение предложенного соотношения позволяет получить максимально возможный коэффициент полезного действия.

Способ получения механической энергии из тепловой в двигателях внутреннего сгорания, заключающийся в том, что топливо сжигают в сжатом воздухе, а полученные в результате горения газы, расширяясь, совершают механическую работу, отличающийся тем, что соотношение степеней сжатия и расширения рассчитывается по формуле

где ε_p — степень расширения рабочих газов;

ε_сж — степень сжатия воздуха;

Т_гор — температура горения топлива;

С_р — изобарическая теплоемкость газов;

C_v — изохорическая теплоемкость газов;

298 — нормальная температура воздуха по шкале Кельвина.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

• Поршнево́й дви́гатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяющихся газов, образовавшаяся в результате сгорания топлива в замкнутом объёме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счёт расширения рабочего тела (газообразных продуктов сгорания топлива) в цилиндре, в который вставлен поршень.

Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания сегодня является самым распространённым тепловым двигателем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров, водяных насосов, помп, моторизованного инструмента (бензорезок (бензо-болгарок), газонокосилок, бензопил) и прочих машин, как мобильных, так и стационарных, и производится в мире ежегодно в количестве нескольких десятков миллионов изделий.

Мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания колеблется в пределах от нескольких ватт (двигатели авиа-, мото- и судомоделей) до 75 000 кВт (судовые двигатели).

В качестве топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания используются:

* жидкости — бензин, дизельное топливо, спирты, биодизель;

* газы — сжиженный газ, природный газ, водород, газообразные продукты крекинга нефти, биогаз;

монооксид углерода, вырабатываемый в газогенераторе, входящем в состав топливной системы двигателя, из твёрдого топлива (угля, торфа, древесины).Полный цикл работы двигателя складывается из последовательности тактов — однонаправленных поступательных ходов поршня. Различают двухтактные и четырёхтактные двигатели.

Число цилиндров в разных поршневых двигателях колеблется от 1-го до 24-х. Объём цилиндра — это произведение площади поперечного сечения цилиндра на ход поршня. Суммарный объём всех цилиндров обычно называют рабочим объёмом двигателя.

По способу смесеобразования делятся:

* Двигатели с внешним смесеобразованием. Воздушно-топливная смесь готовится в карбюраторе, поступает по впускным коллекторам (патрубкам) в цилиндры двигателя, как вариант — инжекторная система подачи топлива. Воспламенение топливо-воздушной смеси выполнется, как правило, электроискровым разрядом, вырабатываемым системой зажигания (например, автомобильный Бензиновый двигатель внутреннего сгорания). Двигатели с внешним смесеобразованием могут работать на газообразном топливе (природный газ, сжиженные углеводородные газы, биогаз, генераторный газ, см. газогенераторный автомобиль, газовый двигатель);

* Компрессионные карбюраторные двигатели. В них топливо подается вместе с воздухом (как в бензиновых двигателях), обычно в основе топлива — диэтиловый эфир, касторовое масло и керосин). Воспламенение происходит от сжатия. Степень сжатия регулируется контрпоршнем, так как от этого зависит момент воспламенения смеси. Компрессионные двигатели используются главным образом в авиа- и автомоделях. Компрессионные карбюраторные двигатели не являются дизельными двигателями.

* Калильные карбюраторные двигатели. Схожи по принципу действия с компрессионными, но имеют калильную свечу, накал которой поддерживается за счёт теплоты сгорания топлива на предыдущем такте. Такие двигатели также требуют особого состава топлива (обычно в его основе — метанол, касторовое масло и нитрометан). Используются главным образом в авиа- и автомоделях;

* Двигатели с внутренним смесеобразованием. Эти двигатели, в свою очередь, подразделяются на:

* Дизельные, работающие на дизельном топливе. В этих двигателях сжатию подвергается только воздух в цилиндрах, вблизи верхней мёртвой точки при такте сжатия в камеру сгорания форсункой впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется при контакте с воздухом, нагретым от сжатия до температуры в несколько сотен градусов Цельсия.

Воспламенение от горячих частей двигателя (калоризаторные), обычно — днища поршня или калильной головки. Приводные двигатели прокатных станов (топливо-мартеновский газ), в первой половине XX века применялись в сельском хозяйстве.Двигатели с внутренним смесеобразованием имеют (как в теории, так и на практике) более высокий КПД и вращающий момент за счёт более высокой степени сжатия.

Существуют также газодизельные двигатели, работающие на смеси природного газа с воздухом. Так как температура воспламенения от сжатия газовоздушной смеси составляет около 700 °C (дизельное топливо воспламеняется при 320—380 °C), воспламенение производится впрыскиванием через форсунки небольшого количества дизельного топлива.В рамках технической термодинамики работа поршневых двигателей внутреннего сгорания в зависимости от особенностей их циклограмм описывается термодинамическими циклами Отто, Дизеля, Тринклера, Аткинсона или Миллера.

Эффективный КПД поршневого ДВС не превышает 60 %. Остальная тепловая энергия распределяется, в основном, между теплом выхлопных газов и нагревом конструкции двигателя. Поскольку последняя доля весьма существенна, поршневые ДВС нуждаются в системе интенсивного охлаждения. Различают системы охлаждения:

* воздушные, отдающие избыточное тепло окружающему воздуху через ребристую внешнюю поверхность цилиндров; используются в двигателях сравнительно небольшой мощности (десятки л.с.), или в более мощных авиационных двигателях, работающих в быстром потоке воздуха;

* жидкостные, в которых охлаждающая жидкость (вода, масло или антифриз) прокачивается через рубашку охлаждения (каналы, созданные в стенках блока цилиндров), и затем поступает в радиатор охлаждения, в котором теплоноситель охлаждается потоком воздуха, созданным вентилятором.

* Иногда в некоторых деталях (например, выпускные клапана) в качестве теплоносителя используется металлический натрий, расплавляемый теплом двигателя при его прогреве.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Бензиновые двигатели — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, посредством дроссельной заслонки.