ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2019
Просмотров: 18837
Скачиваний: 11
ких сил). Крім того, дизель може працювати на дешевих сортах рідкого
палива.
Дизелі великої потужності широко застосовують як у стаціонарних
установках, так і на водному, залізничному, повітряному транспорті, а
дизелі малої потужності останнім часом з успіхом застосовують як дві і
гуни автомобілів, тракторів і невеликих суден.
Реактивний двигун
На рис. 5.9 подано схему прямоточного повітряно-реактивного
двигуна, який використовують в авіації. Цей двшун працює так. Під час
польоту літака зустрічний потік повітря проходить через напірне сопло і за-
хоплює пальне, яке розбризкується форсунками. Утворена робоча суміш
надходить потім до камери згоряння, де
від запальних свічок спалахує.
Гази, які утворилися внаслідок зго-
ряння робочої суміші, з величезною
швидкістю викидаються через вихід-
ний отвір - сопло. Внаслідок різкого
збільшення тиску під час згоряння су-
міші швидкість газів на виході з сопла
значно більша від швидкості повітря,
яке входить у двигун. За законом збереження кількості руху (імпульсу)
внаслідок цієї різниці швидкостей і створюється реактивна тяга.
В авіації тепер широко застосовують турбогвинтові двигуни (рис. 5.10).
У цьому двигуні гази, що проходять через турбіну, від дають їй велику час-
тину своєї енергії, тому газова турбіна розвиває потужність, що значно пере-
вищує ту, яку споживає компресор. Надлишок потужності турбіни витрача-
ється на надавання руху повітряному гвинту, який є основним джерелом тяги
двигуна. Крім того, в турбогвинтових двигунах створюється деяка додаткова
тяга від реактивної дії відпрацьованих газів, що виходять із сопла.
ККД сучасних теплових машин коливається від 40 % (у двигунів вну-
трішнього згоряння) до 60 % (у реактивних).
Конструкторська думка
вчених працює як у напря-
мі вдосконалення наявних
двигунів (створення нових
матеріалів, зменшення тертя
і втрат пального при непов-
ному згорянні), так і в на-
прямі створення двигунів,
конструкція яких принципо-
Пальне
Запальна сдічка
Рис. 5.9
Рис. 5Л0
200
мм ііідрі-інмсться від наявних (МГД-генератори, атомні, ядерні і т. д.). Важ-
мию маги на увазі, що зростання кількості двигунів внутрішнього зго-
і ні ні їм дедалі більше занепокоює людей у плані захисту природи і навко-
лишнього
середовища. Створення нових двигунів, продукти згоряння
•іміч не забруднювали б навколишнє середовище, - дуже важлива проб-
лема сучасності.
Охорона природи
Природа для людини не тільки джерело продуктів харчуван-
нм і ( провини для промисловості. Людина, яка сама є частиною природи,
і ю і ребус сприятливого середовища життя з чистими водою і повітрям.
І Іоін гря це фізична суміш газів, які утворюють земну атмосферу. Воно
і а і и 11> у завислому стані більшу чи меншу кількість пшіу, диму, частинок
юні га інших природних домішок. Як правило, концентрація в повітрі
природних домішок не досягає таких значень, при яких вони могли б згубно
милішати на організм людини. Більш шкідливим є забруднення атмосфер-
ної о
повітря промисловими викидами.
І Іовсюдне застосування теплових двигунів негативно впливає на навко-
•ІІІшиє середовище. Підраховано, що тепер щороку спалюють приблизно
! мнрд т різних видів кам'яного вугілля і близько 1 млрд т нафти. Це призво-
ш м. до поступового підвищення середньої температури на Землі, що може
» і морити загрозу танення льодовиків і підвищення рівня Світового океану,
і рім того, в атмосферу викидається не менш як 120 млн т золи і до 60 млн т
отруйного сірчистого ангідриду. Понад 200 млн автомобілів у всьому світі
і- іперервно отруюють атмосферне повітря оксидами вуглецю та азоту, вуг-
н ноднями тощо, І це лише частина шкідливих домішок, що потрапляють в
имосферу. Із збільшенням потужностей теплових і атомних електростанцій
рі іко зростає потреба на воду.
Тепер у багатьох країнах застосовують прямі і посередні методи захисту
їм>ні іряного і водного басейнів від забруднення.
І Ірямі методи - це очищення і вловлювання димових і вентиляційних га-
ни, перехід на використання палива, же не забруднює атмосферу, наприклад
природного газу, безсірчистої нафти; створення небензинових автомобільних
шипунів; очищення води за допомогою фільтрообмінних смол і повторне її
ми користання.
Застосування посередніх методів забезпечує значне зниження концентра-
ти шкідливих речовин у найнижчому шарі атмосфери. Ці методи пов'язані
и збільшенням висоти джерел викидів і використанням фізичних закономір-
ної гей розсіювання домішок у повітрі, з раціональним урахуванням метео-
I и шогічних умов при проектуванні та експлуатації різних підприємств.
201
Для економії площ і водних ресурсів доцільно споруджувати цілі ком
плекси електростанцій із замкненим циклом водопостачання.
Заборонено введення в експлуатацію підприємств і теплоелектростан-
цій, які викидають в атмосферне повітря золу, кіпоть, пил, шкідливі гази
без попереднього очищення. Як правило, шкідливі виробництва будують
за межами міста. У великих масштабах озеленюють вулиці, закладають
сквери, парки, сади.
Короткі висновки
* Усі макроскопічні тіла мають внутрішню енергію, яка є однозначною
функцією температури й об'єму. Внутрішня енергія одноатомного іде-
ального газу залежить від температури:
ЦЛЛІЯТ.
2 М
На кожний степінь вільності і поступального руху одноатомної моле-
кули припадає однакова кінетична енергія, яка дорівнює
М2(кТ).
* Перший закон термодинаміки - це закон збереження і перетворення
енергії в застосуванні до теплового процесу. Згідно з ним,
0--АС/Ч-Л.
* У термодинаміці робота, яку виконує система проти зовнішніх сил,
А = рАУ.
* При нагріванні й охолодженні кількість теплоти
0 = ст&Т.
* При обміні теплотою в ізольованій системі без виконання роботи вико-
нується рівняння теплового балансу
0і +й+й + ... + &=0-
* Застосування першого начала термодинаміки до різних ізопроцесів, які
відбуваються в ідеальному газі.
При ізохорному процесі зміна внутрішньої енергії ідеального газу про-
порційна зміні його температури, Робота дорівнює нулю:
0 - АС/.
При ізобарному процесі теплота, яка передається системі, витрачається
на зміну внутрішньої енергії і виконання роботи,
При ізотермічному процесі внутрішня енергія ідеального газу не змі-
нюється і вся теплота витрачається на роботу газу проти зовнішніх сил:
й-А.
При адіабатному процесі робота виконується тільки за рахунок зміни
внутрішньої енергії газу:
* Другий закон термодинаміки визначає напрями процесів, які відбува-
ються в природі. Воно заперечує можливість використання запасів
внутрішньої енергії якого-небудь джерела без переведення її на ниж-
чий рівень, тобто без холодильника.
202
У всіх теплових машинах корисно використовується лише частина
енергії, яка передається від нагрівника до холодильника. Максимально
можливе значення коефіцієнта корисної дії
Т - Т
Ті = ~———ї-
Т
1
н
Найважливіше завдання науки і техніки - підвищення ККД теплових
двигунів і наближення його до максимально можливого.
О Т
Відношення — - —- покладено в основу методу вимірювання температур
т
н
(термодинамічна шкала температур).
Повсюдне застосування теплових двигунів негативно впливає на нав-
колишнє середовище. Це ставить ряд серйозних проблем перед суспіль-
ством. Поряд з підвищенням ККД теплових двигунів треба здійснюва-
ти заходи з охорони навколишнього середовища.
Запитання для самоконтролю і повторення
1. Які методи дослідження властивостей макроскопічних систем за-
стосовують у молекулярній фізиці? У чому відмінність цих методів?
2. Що називають термодинамічною системою? 3. Що таке термоди-
намічний процес? 4. Поясніть поняття оборотних і необоротних про-
цесів. 5. Поясніть поняття внутрішньої енергії системи. 6. Від чого
залежить внутрішня енергія ідеального газу? 7. Які форми передаван-
ня енергії вам відомі? Розкажіть про них. 8. Яка відмінність між теп-
лоємністю тіла і питомою теплоємністю? 9. У чому зміст рівняння
теплового балансу і яка його причетність до закону збереження енер-
гії? 10. Сформулюйте перший закон термодинаміки. 11. Дайте озна-
чення адіабатного процесу. 12. Від чого залежить ККД теплової ма-
шини? 13. Сформулюйте другий закон термодинаміки. 14. Що таке
термодинамічна шкала температур? 15. Наведіть приклади відомих
вам теплових двигунів. 16. Чи завдає шкоди природі робота теплових
двигунів?
Приклади розв'язування задач
Задача 1. Газ, який займає об'єм 20 л за нормальних умов, було ізобар-
но нагріто до 80 °С. Визначити роботу розширення газу.
Дано:
V
= 20 л = 20• 10"
3
м
3
;
Т
х
= 273 К;
Т
2
= (273 + 80) К - 353 К;
Ру= 1,01-ІО
5
Па.
Знайти:
А.
Розв'язання. Роботу розширення газу в ізобарному процесі визначаємо
за формулою (5.9):
А - рАV. З
рівняння стану газу випливає
А^ЛАТ.
М
203
З рівняння Клапейрона - Менделєєва (4.40)
М
знаходимо кількість молів газу:
_
Р\У\
м " ят
х
'
звідси
Л =
РЇЇ
АТ
А =
Обчислення:
1,01-Ю
5
Па • 2 • 10~
2
м
3
-80 К
273 К
= 590 Дж.
Задача 2. У калориметрі змішують три рідини, які хімічно не взаємоді-
ють, масою
гщ
=1 кг,
гп
2
= 10 кг,
т
3
= 5 кг, відповідно з температурами 6,
~ 40 і 60 °С і питомими теплоємностями 2000, 4000 і 2000 Дж/(кг • К).
Ви-
значити температуру 9 суміші і кількість теплоти, потрібну для наступного
нагрівання суміші до
і
= 6 °С.
Дано:
т
х
= 1 кг;
т
2
=
10 кг;
т
3
=
5 кг;
Т
х
= (273 + 6) К = 279 К;
Т
2
= ( 2 7 3 - 4 0 ) К = 233 К; Г
3
= (273 + 60) К = 333 К;
Сі
= 2000 Дж/(кг • К);
с
2
= 4000 Дж/(кг К);
с
3
- 2000 Дж/(кг К);
Т
= (273 + 6) К = 279 К.
Знайти: 0, ().
Розв'язання. З рівняння теплового балансу випливає, що алгебрична
сума одержаних і відданих рідинами кількостей теплоти дорівнює нулю:
т
х
с
х
(Є
- Т
х
) + гп
2
с
2
(0
- Т
2
) + т
3
с
3
(0 -
Т
3
) = 0.
Розв'язавши це рівняння відносно 0, маємо
т
х
с
х
Т
х
+ т
2
с
2
Т
2
+ пг
3
с
3
Т
3
В = -—— —-———-——
т
х
с
х
+т
2
с
2
+ т
3
с
3
Щоб суміш нагріти до температури Г, потрібна кількість теплоти
д = с
х
т
х
(Т-
0)
+ с
2
т
2
(Т
- 0) +
с
3
/п
3
(Т~
Є)
= (с
х
т
х
+ с
2
т
2
+
с
3
т
3
)(Т -
0).
Обчислення:
1кг • 2000 Дж/(кг • К) • 279 К +10 кг-4000 Дж/(кг • К) • 233 К +
+5кг - 2000 Дж/(кг • К) - 333 К
1 кг • 2000 Дж/(кг • К) +10 кг • 4000 Дж/(кг • К) + 5 кг - 2000 Дж/(кг - К)
= 254 К;
Й= 2 0 0 0 — - 1 кг + 4000
кг К
+ 2 0 0 0 — — 5 кг -(279-254) К = 1,3-10
6
Дж = 1.3 МДж.
кг • К