Электронный учебник физики

(http://www.physbook.ru)

Роль тепловых двигателей

Тепловые двигатели являются основными преобразователями энергии топлива в другие виды энергии. Развитие современной цивилизации без них было бы невозможным. Тепловые двигатели необходимы для получения электроэнергии, для приведения в движение большинства транспортных машин.

Все тепловые двигатели можно разделить на три группы:

1. поршневые - под действием давления газа происходит колебательное (возвратно-поступательное) движение поршня;

2. ротационные - струя газа направляется на лопасти турбины и приводит ее во вращение;

3. реактивные - газообразные продукты сгорания выбрасываются из рабочей камеры с большой скоростью и приводит двигатель в движение.

К поршневым двигателям относятся паровые машины и двигатели внутреннего сгорания.

Паровые машины - это первые тепловые машины. Они были созданы И. И. Ползуновым (1763 г.) и Д. Уаттом (1764 г.). Они применялись на судах (пароходы) и на железнодорожных локомотивах (паровозы), а также в стационарных установках для привода станков. Но из-за низкого КПД (9-12 %) в настоящее время они не используются.

Двигатели внутреннего сгорания (карбюраторный (Н. Отто, 1876) и дизель (Р.Дищзель, 1897)), согласно статистике, самый распространенный тип теплового двигателя. Они используются в основном на транспорте: автомобили, теплоходы, трактора, тепловозы. КПД этих двигателей равен от 20-35% (карбюраторные) до 30-45 % (дизель).

Судовой дизельный двигатель 12-цилиндровая версия Wartsila - Sulzer - RTA96-C

К роторным двигателям относятся паровая (К.Лаваль, 1889) и газовая турбина. Они применяются на тепловых и атомных электростанциях, в самолетах. КПД их равен 25-40%.

Паровая турбина (Siemens, Германия)

Реактивные двигатели (К. Э. Циолковский, 1903) широко используются в качестве двигателей самолетов и ракет. КПД этих двигателей растет с увеличением скорости аппарата и примерно равен 40-50%.

ТРДД АИ-25, используемый на пассажирском самолете Як-40

Экологические проблемы

Тепловые двигатели оказывают вредные воздействия на окружающую среду:

1. КПД тепловых двигателей η < 50 %, поэтому большая часть энергии топлива рассеивается в окружающем пространстве. Это приводит к нагреву окружающей среды (тепловое загрязнение), что ухудшает общую экологическую обстановку;

2. выброс в атмосферу продуктов сгорания топлива (сернистые соединения, оксиды углерода, оксиды азота и др.), вредные для растений, животных и человека;

3. повышение концентрации углекислого газа в атмосфере увеличивает "парниковый эффект" Земли.

В связи с этим весьма важной стала проблема охраны природы. Для охраны окружающей среды необходимо обеспечить:

1. эффективную очистку выбрасываемых в атмосферу отработанных газов;

2. использование качественного топлива, создание условий для более полного его сгорания;

3. повышение КПД тепловых двигателей за счет уменьшения потерь на трение и полного сгорания топлива и др.

Перспективно использование водорода в качестве горючего для тепловых двигателей: при сгорании водорода образуется вода. Идут интенсивные исследования по созданию электромобилей, способных заменить автомобили с двигателем, работающим на бензине.