§13. Робота газу й пари під час розширення. Теплові машини. Двигун внутрішнього згоряння. Парова турбіна

• Назад до змісту

💭 Поміркуйте і дайте відповідь

1. Наведіть відомі вам приклади теплових машин.

Прикладами теплових машин є двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), який використовується в автомобілях, тепловозах і літаках, а також парова турбіна, що працює на теплових та атомних електростанціях. Також до них належать реактивний двигун і парова машина.

2. Чи можна вважати ДВЗ такими, що не шкодять навколишньому середовищу?

Ні, двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) не можна вважати такими, що не шкодять довкіллю. Під час їхньої роботи згоряє паливо, наприклад, бензин або дизель, і в результаті утворюються відпрацьовані гази. Ці гази викидаються в атмосферу через випускний клапан і забруднюють її.

🔄 Перевірте себе

1. Заповніть таблицю.

2. Порівняйте теплові двигуни: ДВЗ і парову турбіну. Оцініть переваги та недоліки кожного.

Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ):

• Переваги: ДВЗ є найпоширенішим типом теплового двигуна, який використовується в автомобілях, суднах, тепловозах та літаках. Вони бувають різної потужності: від одноциліндрових для скутерів до багатоциліндрових для потужнішої техніки.
• Недоліки: Головний недолік ДВЗ — це шкода для навколишнього середовища через викиди відпрацьованих газів, що утворюються внаслідок згоряння палива всередині циліндра.

Парова турбіна:

• Переваги: Парова турбіна має простішу конструкцію, оскільки в ній немає поршня, шатуна та колінчастого вала. Пара безпосередньо обертає вал із лопатками. Такі двигуни використовуються на теплових та атомних електростанціях для виробництва електроенергії.
• Недоліки: Парові турбіни є менш універсальними порівняно з ДВЗ і застосовуються переважно у стаціонарних установках великої потужності, як-от електростанції.

3. Підготуйте інформацію про історію винайдення дизельного двигуна внутрішнього згоряння.

Історія створення дизельного двигуна пов’язана з німецьким інженером Рудольфом Дізелем. Прагнучи створити двигун з вищим коефіцієнтом корисної дії, ніж у парових машин, він розробив теорію нового двигуна.

Основна ідея Дізеля, натхненна спостереженням за вибухом пилу на млині, полягала в тому, щоб запалювати паливо не від іскри, як у бензинових двигунах, а від високої температури, що виникає внаслідок сильного стиснення повітря в циліндрі.

Ключові етапи створення:

• 1892 рік – Рудольф Дізель подав заявку на патент на свій винахід.
• 1893 рік – Він опублікував наукову працю «Теорія та побудова раціонального теплового двигуна», яка стала теоретичною основою для його розробки.
• 1897 рік – На машинобудівному заводі в Аугсбурзі було створено і випробувано перший успішний прототип дизельного двигуна. Цей двигун мав потужність 20 кінських сил і коефіцієнт корисної дії 26,2%.

Спочатку двигун працював на дорогому гасі, але після вдосконалень у 1898–1899 роках його пристосували для роботи на дешевшій нафті. Завдяки своїй ефективності та використанню доступного палива, дизельні двигуни швидко поширилися в промисловості та на транспорті.

Обдумайте, змоделюйте, зробіть…

Алгоритм виготовлення моделі парової турбіни:

Ось покроковий план, як зробити модель парової турбіни з підручних матеріалів.

1. Підготовка диска. Візьміть шматок тонкої жерсті або щільного картону. Накресліть на ньому коло діаметром приблизно 10–15 см і акуратно виріжте його ножицями. Це буде основа нашої турбіни.
2. Створення лопаток. На вирізаному колі намалюйте олівцем 8–12 ліній (радіусів) від центру до краю, ніби ріжете торт. Ножицями зробіть надрізи по цих лініях, не доходячи до центру приблизно 1–2 см.
3. Формування лопаток. Кожен розрізаний сектор обережно зігніть плоскогубцями (якщо це жерсть) або пальцями (якщо картон) під невеликим кутом в один і той самий бік. У вас мають вийти лопатки, які будуть “ловити” повітря.
4. Виготовлення вала. У центрі диска зробіть невеликий отвір. Відріжте шматок стального дроту довжиною близько 20 см і просуньте його через цей отвір. Закріпіть диск на дроті за допомогою клею або просто зігнувши дріт з обох боків диска, щоб він не злітав, але міг вільно обертатися. Це буде вал турбіни.
5. Створення опори. Зігніть решту дроту або використайте шматки картону, щоб зробити П-подібну підставку. У верхній частині опори зробіть невеликі петлі або отвори, в які можна буде вставити кінці вала з турбіною.
6. Збірка моделі. Встановіть вал із турбінним диском на опору. Переконайтеся, що диск легко крутиться і ні за що не чіпляється.
7. Перевірка роботи. Сильно подмухайте на лопатки турбіни. Якщо все зроблено правильно, диск почне швидко обертатися, як справжня парова турбіна під тиском пари.