Тепловые двигатели. История создания. Устройство. Принцип действия. Коэффициент полезного действия. Применение

Тепловой двигатель.
– устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.
Рис. Тепловой двигатель

История создания.
Тепловой двигатель изобрел Российский изобретатель Ползунов И.И. в 1765, первая машина была очень огромная и достигала 11 метров в высоту. В зарубежных источниках можно найти информацию что первый тепловой двигатель изобрёл Английский изобретатель Джеймс Уатт, и по факту это правда. Эти 2 учёные из разных стран и континентов изобрели эту машину в один и тот же год. Но разница в том что у Ползунова машина была уже работоспособная чего нельзя сказать о Джеймс Уатт, его машина была экспериментальной и изобретение закончилось только в 1768 году, но патент на тепловой двигатель он получил только в 1782,спустя 17 лет после Ползунова.
Иван Иванович Ползунов
Джеймс Уатт

Первые тепловые двигатели.
Тепловой двигатель И.И. Ползунова.
Тепловой двигатель Джеймса Уатта.

Устройство.
Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень. Поршень с помощью шатуна соединяется с коленчатым валом. В верхней части каждого цилиндра имеются два клапана. Один из клапанов называют впускным, а другой – выпускным. Для обеспечения плавности хода поршня на коленчатом вале укреплен тяжелый маховик.
Строение теплового двигателя.

Принцип действия.
Рабочий цикл ДВС состоит из четырех тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
Во время первого такта открывается впускной клапан, а выпускной клапан остается закрытым. Движущийся вниз поршень засасывает в цилиндр горючую смесь.
Во втором такте оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь, которая при сжатии нагревается.
В третьем такте, когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электрической искрой свечи. Воспламенившаяся смесь образует раскаленные газы, давление которых составляет 3 -6 МПа, а температура достигает 1600 -2200 градусов. Сила давления толкает поршень вниз, движение которого передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок маховик будет дальше вращаться по инерции, обеспечивая движение поршня и при последующих тактах. Во время этого такта оба клапана остаются закрытыми.
В четвертом такте открывается выпускной клапан и отработанные газы движущимся поршнем выталкиваются через глушитель (на рисунке не показан) в атмосферу.

Принцип действия

Применение.
1. Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей (в основном мощных паровых турбин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Около 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях.
2. Тепловые двигатели (паровые турбины) устанавливают также на атомных электростанциях. На этих станциях для получения пара высокой температуры используется энергия атомных ядер.
3. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели. На автомобилях применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания с внешним образованием горючей смеси (карбюраторные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси непосредственно внутри цилиндров (дизели). Эти же двигатели устанавливаются на тракторах.
4. На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с дизельными установками и электровозы. Но и электровозы получают энергию от тепловых двигателей электростанций.
5. На водном транспорте используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные турбины для крупных судов.
6. В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигатели, а на огромных лайнерах — турбовинтовые и реактивные двигатели, которые также относятся к тепловым двигателям. Реактивные двигатели применяются и на космических ракетах.
7. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы дешевую электроэнергию и были бы лишены всех видов современного скоростного транспорта

Коэффициент полезного действия.
КПД (коэффициент полезного действия) – это отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Формулы для нахождения КПД.