Рада 1: Як працюють теплові двигуни
Рада 1: Як працюють теплові двигуни
Функція теплових двигунів - перетвореннятеплової енергії в корисну механічну роботу. Робочим тілом в таких установках служить газ. Він із зусиллям тисне на лопатки турбіни або на поршень, приводячи їх в рух. Найпростіші приклади теплових двигунів - це парові машини, а також карбюраторні і дизельні двигуни внутрішнього згоряння.
Інструкція
1
Поршневі теплові двигуни мають в своємускладі один або декілька циліндрів, усередині яких знаходиться поршень. В обсязі циліндра відбувається розширення гарячого газу. При цьому поршень під впливом газу переміщається і здійснює механічну роботу. Такий тепловий двигун перетворює зворотно-поступальний рух поршневої системи в обертання валу. Для цієї мети двигун оснащується кривошипно-шатунним механізмом.
2
До тепловим двигунам зовнішнього згоряння відносятьсяпарові машини, в яких робоче тіло розігрівається в момент спалювання палива за межами двигуна. Нагрітий газ або пар під сильним тиском і при високій температурі подається в циліндр. Поршень при цьому переміщується, а газ поступово охолоджується, після чого тиск в системі стає майже рівним атмосферному.
3
Отработавший своє газ виводиться з циліндра, вякий негайно подається чергова порція. Для повернення поршня в початкове положення застосовують маховики, які кріплять на вал кривошипа. Подібні теплові двигуни можуть забезпечувати одинарне або подвійне дію. У двигунах з подвійним дією на один оборот валу припадає дві стадії робочого ходу поршня, в установках одинарної дії поршень здійснює за той же час один хід.
4
Відмінність двигунів внутрішнього згоряння відописаних вище систем полягає в тому, що гарячий газ тут виходить при спалюванні паливно-повітряної суміші безпосередньо в циліндрі, а не поза ним. Підведення чергової порції пального і виведення відпрацьованих газів проводиться через систему клапанів. Вони дозволяють подавати пальне в строго обмеженій кількості і в потрібний час.
5
Джерело тепла в двигунах внутрішнього згоряння- хімічна енергія паливної суміші. Для даного типу теплового двигуна не потрібен котел або нагрівач зовнішнього типу. Як робоче тіло тут виступають самі різні горючі речовини, з яких найпоширенішим є бензин чи дизельне паливо. До недоліків двигунів внутрішнього згоряння можна віднести їх високу чутливість до якості паливної суміші.
6
Двигуни внутрішнього згоряння за своєюконструкції можуть бути дво- і четирехтактнимі. Пристрої першого виду простіше в конструкції і не так масивні, але при однаковій потужності вимагають значно більше палива, ніж чотиритактні. Двигуни, робота яких побудована на двох тактах, найчастіше застосовують в невеликих мотоциклах або газонокосарках. Серйозніші машини оснащують тепловими двигунами чотиритактного типу.
Рада 2: Як поглинути енергію
Поглинання енергії речовиною викликає абоперетворення її в тепло, або перетворення в іншу форму. У другому випадку деяка частина енергії також перетворюється в тепло, оскільки коефіцієнт корисної дії будь-якої фізичної системи не може перевищувати одиницю.
Інструкція
1
Для поглинання світлової енергії необхідноречовина, що є непрозорим і невідбивальним для випромінювання з обраної довжиною хвилі. Наприклад, синє світло поглинається червоними предметами, і навпаки. Чорні предмети поглинають світлові промені всього видимого спектру. Врахуйте, проте, що предмет, що здається темним людському оку, може бути світлим для невидимих променів (інфрачервоних, ультрафіолетових), і навпаки. Так, встановлено, що людська шкіра будь-якого кольору здається в інфрачервоному світлі білої, а звичайне віконне скло погано пропускає короткохвильові ультрафіолетові промені. Те світлове випромінювання, яке не відбилося від об'єкта і не пройшло крізь нього, поглине їм і перетвориться в тепло.
2
Деякі фізичні прилади дозволяють накопичувати світлову енергію або перетворювати її в інші види енергії. Так, наприклад, якщо сфокусувати промені сонця на пофарбованому в чорний колір циліндрі двигуна Стірлінга, він нагріється і почне рухатися. Направте світло на шар сульфіду цинку, а потім припиніть освітлення - і протягом декількох хвилин цей шар буде випромінювати малу частину поглиненої енергії назад у вигляді світла. Сонячна батарея, поглинаючи світлову енергію, Перетворює її в електричну. Коефіцієнт корисної дії всіх цих перетворювачів рідко перевищує 10 відсотків.
3
Поглинати можна не тільки світлову, а й теплову енергію. Щоб накопичити велику кількість тепла в маломуобсязі, візьміть металевий циліндр, наповніть його парафіном і загерметизуйте. Якщо такий тепловий акумулятор нагріти, їм потім можна буде протягом тривалого часу користуватися як грілку. Саме на цьому принципі працюють термобігуді. Щоб перетворити частину поглиненої теплової енергії в електричну, скористайтеся термопарою. Нарешті, здійснити часткове перетворення частини поглиненої теплової енергії в електричну дозволяють теплові двигуни самих різних конструкцій.
4
Акумулятор є пристроєм, який поглинає електричну енергію і частина її перетворює в тепло, а іншу частину - у внутрішню (хімічну) енергію, Яку зберігає в собі. Підключіть до нього навантаження, і він віддасть їй цю енергію. Заряджати і розряджати акумулятор можна багаторазово. Електродвигуни при поглинанні електричної енергії перетворюють деяку її частину в механічну, а електричні джерела світла - в променисту.
5
Для поглинання кінетичної енергії,представленої у вигляді вібрацій, і перетворення її в теплову служать амортизатори. Існують амортизатори, суміщені з генераторами електроенергії. На відміну від класичних генераторів, вони не містять обертових частин - все їх деталі переміщуються поступально. В таких приладах деяка частина поглиненої енергії вібрацій перетворюється в електроенергію Втім, звичайні електрогенератори виконують аналогічну задачу - відрізняється лише спосіб передачі їм кінетичної енергії для поглинання. Всі мікрофони поглинають енергію акустичних хвиль, але лише деякі з нихперетворять частину її в електричну - динамічні, стрічкові, пьезокерамические. Інші мікрофони - вугільні, електретних з вбудованим підсилювачем - всю поглинену акустичну енергію перетворюють в теплову повністю. Вони лише управляють під впливом прийнятих коливань більш потужним потоком електричної енергії, яка подається ззовні.
Рада 3: Як виробити енергію
Відповідно до закону збереження енергії, виробити останню неможливо. Можна лише перевести її з одного виду в інший. Існує значна кількість способів здійснення такого перетворення.
Інструкція
1
Для того, щоб перетворити хімічну енергію, Збережену в пальному речовині, в теплову, спаліть його. Частина енергії при цьому буде виділятися у вигляді світла.
2
перетворити теплову енергію в механічну можна двома способами. Щоб скористатися першим з них, спаліть речовина в обмеженому обсязі. Підвищення тиск, який при цьому виникне, використовуйте для переміщення об'єкта. Саме на цьому принципі працює двигун внутрішнього згоряння. Для перетворення теплової енергії в механічну другим способом помістіть в обмежений обсяг рідка речовина і нагрійте його будь-яким способом (не обов'язково шляхом спалювання чого-небудь) до температури кипіння. Одержаний пар направте в парову машину або турбіну.
3
Для перетворення механічної енергії велектричну побудуйте механізм, в якому рухома котушка переміщається повз нерухомий магніту, або навпаки. Існує безліч конструкцій таких механізмів, які називаються генераторами.
4
Для того щоб перетворити електричну енергію в механічну, використовуйте електродвигун тієїабо іншої конструкції. Пам'ятайте, що, незважаючи на оборотність електромагнітних явищ, як двигун може бути використаний не за всяку генератор, а лише такий, в якому при подачі напруги створюються умови для виникнення магнітного поля. Наприклад, в колекторному двигуні постійне обертання забезпечується за рахунок автоматичної комутації обмоток, а в асинхронному обертове магнітне поле виникає завдяки харчуванню обмоток статора трифазним змінним струмом.
5
Для перетворення електричної енергії всвітлову скористайтеся різними джерелами світла: лампами розжарювання, лампами денного світла, світлодіодами і т.п. Останні два види джерел світла використовуйте спільно з пристроями для обмеження струму.
6
Для вироблення теплової енергії з електричноївикористовуйте потужні резистори. Це - мабуть, єдиний перетворювач енергії з ККД, близьким до 100%. У всіх інших випадках частина енергії при перетворенні неминуче втрачається на виділення тепла.
