Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Сегодня мы снова поговорим о том о чем говорили достаточно давно об энергии. Давайте вспомним, что такое энергия? Если тело обладает энергией, то что это означает? Энергия - это способность совершать работу. За счет энергии может совершаться работа. И мы уже с вами с такими ситуациями сталкивались. Например, если нам нужно забить гвоздь, нужно совершить работу по забиванию гвоздя. Мы же при этом не будем давить на молоток, этого не достаточно, что бы забить гвоздь, нужно разогнать молоток. Т.е энергию движущегося тела мы превращаем в механическую энергию. Как называется энергия движущегося тела? Кинетическая энергия. Бывают ситуации, когда в механическую работу превращается и потенциальная энергия. Вы видели когда-нибудь водяную мельницу? За счет какой энергии вращается водяное колесо мельницы? Что при этом происходит с водой? Она скатывается с плотины. Значит, поднятая вода опускается и ее потенциальная энергия - энергия взаимодействия с Землей уменьшается и совершается механическая работа. Это отличное устройство, которое способно совершать работу. но при этом один вид энергии - механической превращается в работу, в одном случае в нашем случае - кинетическая, в другом потенциальная. А мы уже с вами познакомились при изучении тепловых явлений с другим видом энергии, который не относится к механическим видам энергии. Тепловая или внутренняя энергия. А нельзя ли превратить внутреннюю энергию в механическую работу? Кстати, обратный процесс мы с вами можем обратно легко провести. Помните мы говорили о том, что если потереть ладони друг об друга, то что с ними начинает происходить? Они нагреваются. Значит, за счет совершения механической работы увеличивается внутренняя энергия ладоней. Допустим мы едем с горы на велосипеде и мы при этом тормозим и если мы при этом пощупаем тормозные диски, то мы заметим, что они очень сильно нагреваются, значит потенциальная энергия при скатывании с горы превращается в тепловую, во внутреннюю энергию. Или же если мы, просто, разогнались по горизонтальной поверхности и при этом тормозите, тормоза все равно нагреваются. И вот возникает вопрос: а нельзя ли превратить внутреннюю тепловую энергию, например, энергию, заключенную в топливе в механическую работу? Об этом и пойдет речь на сегодняшней лекции.
Ну а теперь давайте попробуем каким-то образом за счет внутренней энергии совершить работу. Давайте проведем опыт с пробиркой, в котором проследим преобразование внутренней энергии топлива для превращения в механическую работу.
И давайте еще раз повторим цепочку превращений внутренней энергии топлива в механическую работу по перемещению пробки в пробирке.
- Внутренняя энергия топлива за счет теплопередачи увеличила внутреннюю энергию холодной воды, которая при кипении стала переходить в пар;
- за счет дальнейшей теплопередачи внутренняя энергия пара продолжила увеличиваться и стала больше, чем внутренняя энергия воды;
- далее внутренняя энергия пара совершила работу за счет силы давления по увеличение кинетической энергии пробки и ее перемещению в пространстве.
И вот нам хотелось бы на профессиональном уровне научится преобразовывать внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Эта цель, которую мы перед собой ставим. Нам это удалось в этом опыте? Да, конечно! Но, только, у нашего "устройства" есть один недостаток...чтобы привести эту систему в действие нужно совершить много дополнительных действий. Нужно опять залить воду...нужно найти, вылетевшую пробку, и вставить ее обратно... и т.д. Т.е фактически это устройство однократное. Нам же нужно добиться того, чтобы наше "устройство" работало без нашего участия...что бы нам не надо было искать вылетевшую пробку, а чтобы все действие происходило само и многократно. В таком случае говорят, что это устройство циклическое. И вот циклически действующее устройство преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую работу называется тепловых двигателем. Давайте запишем строгое определение.
Тепловой двигатель - это циклически работающее устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую работу.
А теперь давайте приведем составные части теплового двигателя.
Давайте еще раз повторим составные части теплового двигателя.
- Нагреватель (тело с высокой температурой);
- Рабочее тело (лучше всего газ или пар, но может быть и жидкость и твердое тело);
- Охладитель.
Ну а теперь давайте разберемся за счет чего совершается работа. За счет внутренней энергии топлива. И давайте поговорим об эффективности превращения внутренней энергии топлива в механическую работу.
Естественно возникает вопрос, если нельзя получит единицу в формуле КПД теплового двигателя, то как хотя бы приблизиться к единице?
- КПД тем больше, т.е ближе к единице, чем выше температура нагревателя;
- КПД тем больше, чем ниже температура охладителя (холодильника).
Т.е если мы хотим получить двигатель с максимальным КПД, нам нужно максимум для того, что бы увеличить температуру нагревателя и для того, чтобы уменьшить температуру охладителя.
Давайте попробуем ответить на вопрос: а мы можем неограниченно увеличивать температуру нагревателя? Нет, материалы из которых сделан тепловой двигатель не смогут выдержать высокую температуру - это одно ограничение. И мы можем понижать температуру охладителя неограниченно? Нет. Вы, наверное, слышали такое понятие, как абсолютный ноль. Это тогда, когда все молекулы "останавливаются", но дело в том, что, конечно же, можно приближаться к абсолютному нулю сколь угодно близко, но для этого нужны очень большие затраты энергии. А нам надо даром. Тогда, что в этом случае может служить холодильником? То, что нас окружает - окружающая среда. А температуру ниже, чем температура окружающей среды, т.е температуру комнатной среды, мы получить не можем без дополнительных затрат энергии. И поэтому КПД тепловых двигателей обычно лежать в пределах от 20 до 40 процентов. Это у современных двигателей: двигателей внутреннего сгорания, дизелей, турбин и т.д. На следующей лекции мы с вами поговорим о конкретных тепловых двигателях, а в заключении этой лекции давайте посмотрим один тепловой двигатель.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.