Тепловые двигатели

Ученица 10 кл Султанова Юлия Учитель физики Шамшина О.А. МОУ Саккуловская СОШ Челябинской обл

• Тепловой двигатель ­ это аппарат, который  совершает работу за счет использования энергии  топлива. Машина, работающая на таком двигателе,  превращает тепловую энергию в механическую и  применяет зависимость расширения вещества от  значения температуры. Виды тепловых двигателей • Паровые машины  • Двигатель внутреннего сгорания • Газовая и паровая турбина • Реактивный двигатель

• В  настоящее  время  во  всем  мире  насчитывается  в  общей сложности 1 млрд. автомобилей. (Например, в  году  в  мире  насчитывалось  942  млн.  2007  транспортных средств.) • Ежегодно  в  мире  в  автомобильных  двигателях  внутреннего  сгорания  сжигается  около  2  млрд.  тонн  нефтяного топлива. • Коэффициент  полезного  действия  среднем  составляет  23%,  остальные  77%  уходят  на  обогрев  окружающей  среды.  То  есть  всего  менее  четверти  топлива  тратится  на  движение    автомобиля,  остальные три четверти сгорает впустую. в

• Ограниченность  основных  ресурсов  (нефти)  на  планете.  • Загрязнение  окружающей  среды  (автомобилями,  заводами  при  переработки  нефти,  при  добыче  нефти). • Неэффективное использование нефтяного топлива  (низкий КПД). • При  сжигании  топлива  используется  кислород  из  содержание  атмосферы,  кислорода в воздухе постепенно уменьшается. вследствие  чего

• Изобретателями бензинового двигателя официально признаны  только  два  немецких  конструктора:  Готлиб  Даймлер,  построивший в 1885 г. мотоцикл с бензиновым двигателем, и  Карл  Бенц,  построивший  в    1886г.  трехколесный  бензиновый  автомобиль. • Основной  принцип  работы  бензинового  двигателя  –  горение    бензина  в  камере  сгорания  двигателя  путем  его  поджога  искрой от электрического источника. • Топливо – бензин. Производится из нефти. В конце 19 века в  основном  получался  как  побочный  продукт  осветительного  керосина.

• Недостатки:         ­ очень низкий КПД           ­  сложность конструкции          ­  большое потребление топлива и, как  следствие, загрязнение окружающей среды • Преимущества:         ­ низкий уровень шума и вибраций;        ­ большая распространенность в мире        ­ большая  мощность;

• В  1890  году  Рудольф  Дизель  развил  теорию  «экономичного  термического  двигателя»,  который  благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно  улучшает свою эффективность. Он получил патент на  свой двигатель 23 февраля 1893 года.  • Основной  принцип  работы  дизельного  двигателя  –    сжатие  топлива  и  его  последующее  сильное  самовозгорание.  • Топливо – дизель, получаемое также из нефти.

• Недостатки:        ­ больший шум и вибрация       ­ плохой пуск на морозе       ­ большая масса   ­ требует более частого обслуживания • Преимущества:      ­экономичность, расход топлива при том же объеме и мощности  меньше на 15­25%;   ­ меньшая стоимость топлива;  ­ хорошая тяга на низких оборотах, дизельный двигатель удобен  для джипов и грузовиков особенно на бездорожье;  ­ простота двигателя ­ отсутствие свечей зажигания, проводов.

• Цели: ­ Создание экологически чистого двигателя, потребляющего в  виде топлива возобновляемые природные ресурсы. ­ Двигатель должен быть компактным, мощным, простым в  производстве и эксплуатации и иметь высокий КПД. • Пути поиска решения проблемы: ­  Усовершенствование существующих бензиновых или дизельных  двигателей, путем очищения выхлопа двигателей, использование  новых композитных материалов для двигателей и автомобилей,  использование каталитических нейтрализаторов, использование  добавок для топлива понижающих выхлоп вредных веществ и  повышающий теплоотдачу топлива. ­  Изобретение принципиально новых видов топлива и двигателей.

• Основной недостаток бензиновых и дизельных  двигателей – использование нефтепродуктов в  качестве топлива и, как следствие, большой  вред для окружающей среды .

• Газовый двигатель • Гибридный двигатель (автомобиль) • Двигатель, работающий на биотопливе • Двигатель, работающий на метаноле • Водородный двигатель

• Это фактически бензиновый двигатель, только  вместо топлива используется природный газ.  • Преимущества: газ дешевле дизельного топлива и  бензина, запасов газа на планете больше, чем  запасов нефти, газ более экологичен (не содержит  в выхлопе свинца и серы, практически полностью  сгорает в двигателе) • Недостатки: требуется внимательное отношение  к газобаллонной аппаратуре из­за возможности  утечки и последующего взрыва

• Биотопливные двигатели – это те же бензиновые или  дизельные двигатели, в качестве топлива  используется 10­20% добавки биоэтанола (биоэтанол  получается из отходов лесопереработки или  растениеводства) и биодизельное топливо, (дизельное  топливо смешанное с растительными маслами и  продуктами их переработки) • Преимущества: экономия нефтепродуктов,  экологичность.

• Комбинация дизельного или бензинового двигателя с  электродвигателями, то есть в автомобиле одновременно  установлены  один двигатель внутреннего сгорания и один или  несколько электрических двигателей.  • Компьютерная система следит за включением и выключением  всех двигателей для оптимальной работы автомобиля, при  торможении происходит зарядка батарей электродвигателя. • Преимущества: высокий КПД, экономия топлива. • Недостатки:  сложность двигателя и его дороговизна.

• Метанол ­ древесный спирт, очень перспективный вид  топлива. Почему? Во первых потому что лес является  возобновляемым природным ресурсом и во­вторых метанол  сгорает «чище», образуя главным образом диоксид углерода и  воду, а диоксида углерода в выхлопе более чем в 5 раз меньше  по сравнению с бензиновыми двигателями. • Преимущества: экологичность  (в выхлопах нет твердых  веществ и сажи), экономичность,  лучше характеристики  мощности и КПД, двигатели более компактные и легкие. • Недостаток: дороговизна топлива.

• Использование  водорода  в  качестве  основного  вида  топлива  может коренным образом изменить всю будущую техническую  цивилизацию.  Важнейшая  проблема  современности  –  охрана  окружающей  среды  от  загрязнения  –  будет  практически  решена.  Характеристики  водорода  как  моторного  топлива  уникальны:  хорошая  воспламеняемость; безвредность отработанных газов; высокая  скорость сгорания . сгорания;  высокая  теплота  • Недостатки: взрывоопасность , дороговизна и емкость баков  для его хранения.

• Человечество  вплотную  подошло  к  решению  задачи  экологичного,  экономичного  и  не  потребляющего  нефтепродукты  двигателя  с  высоким  КПД.  Ученые  все  больше  стараются  создать  альтернативу  тепловым  двигателям,  создают  экологически  чистые  топлива  для  автомобилей,  разрабатывают  электромобили,  водородные  двигатели,  загрязняющие  окружающую среду. не