Какое преобразование энергии происходит в электрическом двигателе внутренняя энергия

какое преобразование энергии происходит в электрическом двигателе.

Электрическая энергия преобразуется в кинетическую, ну и часть в тепловую.

происходит превращение энергии тока в энергию вращения вала двигателя

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Решу ЕГЭ и Незнайка объединились,

чтобы запустить свои курсы ЕГЭ в Тик-Ток формате. Никаких скучных вебинаров, только залипательный контент!

Готовься к ЕГЭ в Тик-Ток формате

«Незнайка» и «Решу ЕГЭ» запускают свои курсы подготовки. Короткие видео, много практики и нереальная польза!

‘; $pop_rand = mt_rand(1,3); $pop_rand_code = $; echo $pop_rand_code; //> ?—>
Вы отправили работу на проверку эксперту. Укажите номер телефона на него придет СМС
Незнайка → ВПР → Физика 11 класс → Вариант 7 → Задание 14

Задание № 20281

Какое преобразование энергии происходит в двигателе внутреннего сгорания?

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания на сегодняшний день самый распространённый тип двигателя. Перечень транспортных средств, в которые он устанавливается, просто огромен. Двигатели внутреннего сгорания можно обнаружить на автомобилях, вертолётах, танках, тракторах, катерах и т. д.

Вариант 7

Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания — 0,2-0,4.

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании давления нагретых газов в результате теплового расширения во время движения поршня. Нагревание газов происходит в результате сгорания в цилиндре топливо-воздушной смеси. Для повторения цикла отработанную газовую смесь нужно выпустить в конце движения поршня и заполнить новой порцией топлива и воздуха. В крайнем положении поршня происходит поджиг топлива от искры свечи.

Усилие от двигающегося поршня цилиндра через коленчатый вал преобразуется во вращательное движение вала двигателя. Часть энергии вращения расходуется на возвращение поршней в исходное состояние для совершения нового цикла. Конструкция вала определяет различное положение поршней в разных цилиндрах в каждый конкретный момент времени. Таким образом, чем больше в двигателе цилиндров, тем в общем случае равномернее вращение его вала.

Преимущества бензиновых двигателей по сравнению с дизельными:

• Более низкий уровень шума и вибраций;

• Большая мощность при равном объёме двигателя;

• Возможность работы на высоких оборотах без серьёзных последствий для двигателя.

Недостатки бензиновых двигателей:

• Больший, чем у дизеля, расход топлива и более высокие требования к его качеству;

• Необходимость наличия и постоянной работы системы зажигания топлива.

Наибольшая мощность бензиновых ДВС достигается в узком диапазоне оборотов.

Преобразование энергии пучков электронов в электрическую мощность Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА / ПОТОК ПЛАЗМЫ / ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭРД / ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ / ТВЕРДЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ / ИОНИСТОР / ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ / ГРАФЕН / НАНОТРУБКИ / GENERATOR OF ELECTRIC CURRENT / PLASMA FLOW / ENERGY EFFICIENCY ERD / ELECTRICITY / SOLID ELECTROLYTE / SUPERCAPACITOR / ELECTRIC DOUBLE LAYER / GRAPHENE / NANOTUBES

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Трифанов В.И., Оборина Л.И., Суханова О.А., Трифанов И.В., Рыжов Д.Р.

Актуальным является преобразование энергии пучков электронов, выделяемых, например, из плазменного ядра продуктов сгорания топлива электрических ракетных двигателей (ЭРД), в электрическую мощность. Решение этой проблемы путем разработки генератора электрического тока на потоке плазмы может позволить повысить энергетическую эффективность ЭРД за счет использования энергии концентрированных пучков электронов, выделяемых из плазменного ядра продуктов сгорания топлива, для получения электрической энергии и напряжения электрического поля, которое, в свою очередь, может быть использовано для разгона ионизированного потока продуктов сгорания топлива. Полученную электроэнергию также целесообразно применять для выделения из плазменного ядра под действием электрического поля в поперечном магнитном поле пучков положительно заряженных ионов, которые позволят получить высокие скорости истекающей плазменной струи на срезе сопла. Такой подход дает возможность существенно повысить удельный импульс электрического ракетного двигателя, а также КПД космического летательного аппарата благодаря высокой скорости истечения рабочего тела, достигающего 10-300 км/с. Важную роль для эффективного преобразования энергии заряженных частиц плазмы в электрическую мощность играет развитие методов рекуперации энергии путем применения графеносодержащих композиционных материалов с высокой проводимостью, электрической емкостью, прочностью и низкой газопроницаемостью для изготовления токопроводящих электродов генератора электрического тока на потоке плазмы . Кроме того, для создания генераторов требуется повышение эксплуатационных характеристик электролитов суперионных проводников, которые широко могут применяться для производства емкостных накопителей электроэнергии и работать эффективно при температуре 150-300 ºС, в том числе в условиях воздействия космической среды. В качестве перспективных электролитов могут применяться полимерные твердые электролиты на основе лития, нитрида рубидия и др. Однако разработка генераторов электроэнергии для повышения энергетической эффективности ЭРД требует проведения научных исследований методов изготовления их индивидуальных компонентов, а также схем построения перспективных ЭРД с целью эффективной передачи электрической (электромагнитной) энергии в кинетическую энергию ускоряемого рабочего тела. Важным при этом является исследование возможности использования энергии как ионизированных продуктов сгорания топлива, так и энергии заряженных частиц околопланетной плазмы для получения электроэнергии с высоким КПД при помощи генераторов электрического тока на потоке плазмы с целью повышения энергетических характеристик ЭРД.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE CONVERSION OF ELECTRON BEAMS ENERGY IN ELECTRIC POWER

Nowadays on the front burner there a problem of the conversion of energy of electron beams emitted, for example, from the plasma core products of fuel combustion electric rocket engine (ERD) in the electric power. The solution to this problem by developing a generator of electric current in the plasma flow can improve the energy efficiency of the ERD at the expense of energy use concentrated beams of electrons emitted from the plasma core products of combustion of fuel to produce electrical energy and voltage electric field, which in turn can be used to disperse the ionized stream of products of combustion. The resulting electricity is also advisable to apply for allocation from the plasma core under the influence of an electric field in a transverse magnetic field, beams of positively charged ions, which allows obtaining high-speed flowing plasma jet at the nozzle exit. This approach gives the possibility to significantly increase the specific impulse of electric propulsion and also efficiency of the spacecraft due to the high velocity of the working fluid reaching 10-300 km/s. The important role for the efficient energy conversion of charged particles in the plasma electric power plays the development of methods of energy recovery by applying Graffenstaden composite materials with high conductivity, electrical capacity, durability and low gas permeability for the manufacture of conductive electrodes of the generator of electric current in the plasma flow . In addition to creating generators improving the performance characteristics of the electrolytes, which are superionic conductors, is required that can be extensively applied for the production of capacitive energy storage devices to operate effectively at a temperature of 150-300 ºC, including in terms of exposure to the space environment. As promising electrolytes can be used a polymeric solid electrolytes based on lithium nitride rubidium and others. However, the development of power generators to increase energy efficiency ERD requires research methods of manufacturing individual components as well as schemes promising ERD for the effective transmission of electrical (electromagnetic) energy into kinetic energy of the accelerated working fluid. It is important to study the possibility of using energy as the ionized combustion products of fuel and energy of charged particles near the plasma to produce electricity with high efficiency by using generators of electric current in the plasma flow to increase the energy characteristics of the ERD.

Текст научной работы на тему «Преобразование энергии пучков электронов в электрическую мощность»

Сибирский журнал науки и технологий. 2017. Т. 18, № 2. С. 423-432 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ПУЧКОВ ЭЛЕКТРОНОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ МОЩНОСТЬ

В. И. Трифанов, Л. И. Оборина, О. А. Суханова, И. В. Трифанов, Д. Р. Рыжов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Актуальным является преобразование энергии пучков электронов, выделяемых, например, из плазменного ядра продуктов сгорания топлива электрических ракетных двигателей (ЭРД), в электрическую мощность. Решение этой проблемы путем разработки генератора электрического тока на потоке плазмы может позволить повысить энергетическую эффективность ЭРД за счет использования энергии концентрированных пучков электронов, выделяемых из плазменного ядра продуктов сгорания топлива, для получения электрической энергии и напряжения электрического поля, которое, в свою очередь, может быть использовано для разгона ионизированного потока продуктов сгорания топлива. Полученную электроэнергию также целесообразно применять для выделения из плазменного ядра под действием электрического поля в поперечном магнитном поле пучков положительно заряженных ионов, которые позволят получить высокие скорости истекающей плазменной струи на срезе сопла. Такой подход дает возможность существенно повысить удельный импульс электрического ракетного двигателя, а также КПД космического летательного аппарата благодаря высокой скорости истечения рабочего тела, достигающего 10-300 км/с. Важную роль для эффективного преобразования энергии заряженных частиц плазмы в электрическую мощность играет развитие методов рекуперации энергии путем применения графеносодержащих композиционных материалов с высокой проводимостью, электрической емкостью, прочностью и низкой газопроницаемостью для изготовления токопроводящих электродов генератора электрического тока на потоке плазмы. Кроме того, для создания генераторов требуется повышение эксплуатационных характеристик электролитов суперионных проводников, которые широко могут применяться для производства емкостных накопителей электроэнергии и работать эффективно при температуре 150-300 °С, в том числе в условиях воздействия космической среды. В качестве перспективных электролитов могут применяться полимерные твердые электролиты на основе лития, нитрида рубидия и др. Однако разработка генераторов электроэнергии для повышения энергетической эффективности ЭРД требует проведения научных исследований методов изготовления их индивидуальных компонентов, а также схем построения перспективных ЭРД с целью эффективной передачи электрической (электромагнитной) энергии в кинетическую энергию ускоряемого рабочего тела. Важным при этом является исследование возможности использования энергии как ионизированных продуктов сгорания топлива, так и энергии заряженных частиц околопланетной плазмы для получения электроэнергии с высоким КПД при помощи генераторов электрического тока на потоке плазмы с целью повышения энергетических характеристик ЭРД.

Ключевые слова: генератор электрического тока, поток плазмы, энергетическая эффективность ЭРД, электроэнергия, твердый электролит, ионистор, двойной электрический слой, графен, нанотрубки.

Siberian Journal of Science and Technology. 2017, Vol. 18, No. 2, P. 423-432 THE CONVERSION OF ELECTRON BEAMS ENERGY IN ELECTRIC POWER V. I. Trifanov, L. I. Oborina, O. A. Sukhanova, I. V. Trifanov, D. R. Ryzhov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: sibgau-uks@mail.ru

working fluid reaching 10-300 km/s. The important role for the efficient energy conversion of charged particles in the plasma electric power plays the development of methods of energy recovery by applying Graffenstaden composite materials with high conductivity, electrical capacity, durability and low gas permeability for the manufacture of conductive electrodes of the generator of electric current in the plasma flow. In addition to creating generators improving the performance characteristics of the electrolytes, which are superionic conductors, is required that can be extensively applied for the production of capacitive energy storage devices to operate effectively at a temperature of 150-300 °C, including in terms of exposure to the space environment. As promising electrolytes can be used a polymeric solid electrolytes based on lithium nitride rubidium and others. However, the development of power generators to increase energy efficiency ERD requires research methods of manufacturing individual components as well as schemes promising ERD for the effective transmission of electrical (electromagnetic) energy into kinetic energy of the accelerated working fluid. It is important to study the possibility of using energy as the ionized combustion products of fuel and energy of charged particles near the plasma to produce electricity with high efficiency by using generators of electric current in the plasma flow to increase the energy characteristics of the ERD.

Keywords: generator of electric current, plasma flow, energy efficiency ERD, electricity, solid electrolyte, superca-pacitor, electric double layer, graphene, nanotubes

Введение. Повышение энергетической эффективности многофункциональных электрических ракетных двигателей (ЭРД) [1; 2] требует разработки методов, обеспечивающих потребности в электрической энергии для восполнения большого расхода электрической мощности (10-100 кВт на 1 Н тяги) [3]. Способ и возможные технические решения электронной энергетики, преобразующие энергию электронных пучков в электроэнергию, рассмотрены в [4], перспективные методы такого преобразования представлены в [3]. Известно, что электростатические плазменные, созданные на эффекте Холла и другие ЭРД рассматриваются как перспективные в качестве основных двигателей космических летательных аппаратов. Из-за малой отбрасываемой массы рабочего тела с большой скоростью время непрерывной работы таких ЭРД будет измеряться месяцами и годами. Их использование вместо существующих химических ракетных двигателей позволит совершать полеты в дальнем космосе, если будут разработаны эффективные новые подходы для получения электрической мощности, используемой для создания электрореактивной тяги, например, путем преобразования в электрический ток энергии пучков электронов, выделяемых из плазменного ядра продуктов сгорания топлива [3; 4] в поперечном магнитном поле под действием напряжения электрического поля, при помощи усилителей-концентраторов пучков электронов и электронных генераторов тока.

Теоретическая часть. Задачей исследования является решение энергетической проблемы ЭРД путем преобразования энергии сконцентрированных пучков электронов в электрическую мощность. Одним из методов для получения и накопления статического электричества, а также получения электрического тока для питания аккумуляторов, систем ЭРД и агрегатов космического летательного аппарата (КЛА) является преобразование энергии концентрированных пучков электронов или ионов в электрическую мощность. Поставленная задача может быть решена при помощи генератора, содержащего заряжающий электрод, выполненный в виде аксиально-конического канала, стенка которого изготовлена из наномодифи-цированного углеродного материала и покрыта многослойной графеновой пленкой [5], толщиной

20-50 мкм. Заряжающий электрод при этом является рабочим электродом конденсатора ионисторного типа, содержащего электролит в двух кольцевых полостях, разделенных нетокопроводящей диафрагмой. На электродах ионисторного конденсатора может накапливаться электростатическое электричество, а в качестве электролита предполагается использовать твердый электролит, выполненный на основе лития или на основе наномодифицированного углеродного материала, также возможно применение жидкого электролита, изготовленного, например, на основе ионизированных растворов соли либо щелочи с добавлением наномодифицированного материала.

В ионисторных конденсаторах проявляет себя механизм образования двойного электрического слоя [6]. Конденсаторы с двойным электрическим слоем (ДЭС) известны под названием суперконденсаторов (Япония), ультраконденсаторов (Германия, США), электрохимических конденсаторов (Франция, Канада). Конкурентоспособность ионисторов, несмотря на низкое рабочее напряжение, определяется совокупностью следующих параметров: большая емкость, высокое сопротивление изоляции (низкие токи утечки), длительный срок службы, отсутствие необходимого контроля процесса зарядки, до нескольких тысяч циклов заряд/разряд [7], широкий интервал рабочих температур от -60 до 125 °С [8], высокая стойкость к воздействию механических факторов, в том числе к ударам с ускорением до 50 тыс. g [8], высокая стойкость к воздействиям ионизирующих излучений [7]. Процесс зарядки/разрядки в ионисторах происходит в двойном слое ионов, сформированном на поверхности положительного и отрицательного электродов, выполненных, например, из активированного угля. Под действием приложенного напряжения анионы и катионы движутся к соответствующему электроду и накапливаются на поверхности электрода, образуя с зарядом электрода двойной электрический слой [9]. При приложении постоянного внешнего напряжения двойной электрический слой работает как изолирующий и не позволяет протекать сквозному току. Толщина двойного электрического слоя очень мала (5-10 нм) и сопоставима с размерами молекул. При определенном уровне напряжения и полярности за счет электрохимических процессов может начать протекать

ток. Величина этого напряжения называется напряжением разложения, или напряжением электрохимического распада электролита. В связи с этим при зарядке приложенное к ионистору напряжение ограничено напряжением разложения электролита, вследствие чего ионисторы могут соединяться последовательно. Величина прикладываемого напряжения зависит также и от состава электролита. Рекомендуемый диапазон работы ионисторов по напряжению от 2,3 до 5 В [7-9], при этом область образования двойного слоя на границе с электродом увеличивается при приложении более высокого напряжения, также повышается накапливаемый заряд.

В качестве электродов ионисторов может использоваться активированный уголь в виде мелкодисперсной фракции, изготовленной порошковой технологией [8], а также применяется органический электролит для работы ионистора. Электрод пропитывается электролитом путем его проникания между частицами активированного угля. Активированный уголь при этом представляет собой своеобразный электрод для малого конденсатора с емкостью, обусловленной двойным электрическим слоем. В связи с представленной структурой общую емкость ионистора можно представить как большое количество малых конденсаторов, где каждая частица активированного угля является электродом, поэтому общая емкость ионистора может быть описана выражением [7; 8]

ров, так как двойной слой образован на поверхности активированного угля, находящегося в контакте с электролитом. Каждый малый конденсатор, созданный на основе структуры «частицы активированного угля — электролит», будет обладать емкостью двойного электрического слоя СЛ. Значения сопротивления заряда К¥Л в процессе зарядки и сопротивления некомпенсированных ионов Я

Зарядный ток I ионистора может быть рассчитан с использованием выражения:

где d — толщина двойного электрического слоя (5-10 нм); Е — общая площадь поверхности электрода из активированного угля.

В действительности электрод ионистора представляет собой совокупность огромного количества частиц активированного угля с большой «развитой» площадью поверхности, примерно 2500-3000 см2/г, что позволяет получить емкость до нескольких десятков фарад. В ионисторе между электродами расположен «сепаратор» с хорошим изоляционными свойствами для предотвращения короткого замыкания между электродами за счет проникновения ионов. Для ионистора может быть применена эквивалентная схема с использованием условных малых конденсато-

где V, / — напряжение и время зарядки; С — электростатическая емкость; Я — сопротивление ионистора:

Я = ЯЛ + Яе2 + Я,, (3)

где Яе1, — сопротивления электродов; Я, — сопротивление сепаратора.

Зарядный ток I в пределах ионистора может быть представлен как сумма токов, протекающих через каждый из малых конденсаторов [8]. Зарядный ток согласно выражению (2) в реальности носит экспоненциальный характер. Значение постоянной времени СЯ оказывает влияние на время зарядки: чем меньше СЯ, тем меньше время зарядки и наоборот. Емкость ионистора С подобна эффективной емкости батареи, так как его можно представить в виде эквивалентной схемы из малых конденсаторов, имеющих различные значения сопротивления, а следовательно, разное время полной зарядки.

Емкость ионистора может быть оценена следующим выражением:

где С — электростатическая емкость, Ф; 3 — тестовый ток, А; / — время, с; У1-У2 — тестовый диапазон напряжений, В.

Рис. 1. Эквивалентная схема ионистора: Сь С2 — емкости двойного электрического слоя; Re1, Re2 -сопротивление электродов; Rs — сопротивление сепаратора; R1 и R2 — сопротивление двойного

Fig. 1. Equivalent circuit of pseudocapacitor: Сь С2 — double-layer electric capacity; Re1, Re2 — electrode resistance; Rs — flow-through rotor resistance; R! и R2 — double-layer electric resistance

Емкость ионистора С зависит от тока, если ток заряда большой и конденсатор разряжался в течение длительного периода времени, то результирующая емкость будет мала, и наоборот. Для того, чтобы иметь воспроизводимые измерения, используют стандартный ток разряда 1 мА/Ф. В связи с тем, что схема ионистора состоит из большого количества малых конденсаторов с различными значениями внутреннего сопротивления, внутреннее сопротивление ионистора велико по сравнению с электрическими конденсаторами. Характеристика зарядки ионистора может быть представлена выражением [7; 8]

Время разрядки ионистора для постоянного сопротивления при разряде приведено в виде выражения

Преобразование энергии в тепловых двигателях (уч.10кл.Стр.275-280,уч.8кл.Стр.52-56 )

Во всех двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа или пра. Газ, расширяясь, совершает работу и при этом охлаждается. Часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Любой тепловой двигатель , независимо от его конструктивных особенностей, состоит из трех основных частей:

— рабочее тело (газ или пар), совершающее работу

— нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу

— холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего тела

Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ или пар, который совершает работу при расширении, получая от нагревателя некоторое количество теплоты.

Обозначим через Т₁ начальную температуру рабочего тела, называемую температурой нагревателя.

Это температура газа или пара. Чаще всего повышение температуры происходит за счет сгорания топлива внутри самого двигателя.

По мере совершения работы газ теряет энергию и охлаждается до некоторой температуры Т₂. Эта температура не может быть значительно ниже температуры окружающей среды, так как в противном случае давление газа станет ниже атмосферного и двигатель не сможет работать. Обычно температура Т₂ несколько больше температуры окружающей среды. Ее называют температурой холодильника.

Рабочее тело при расширении не может отдать всю внутреннюю энергию на совершение работы. Часть теплоты неизбежно передается рабочим телом холодильнику.

Холодильником может служить окружающая среда или специальное устройство для охлаждения и конденсации отработанного пара – конденсатор. В последнем случае его температура может быть несколько ниже температуры окружающей среды за счет принудительного внешнего охлаждения.

Давление газа при сжатии ниже, чем при расширении, и это обеспечивает полезную работу двигателя.

Тепловой двигатель совершает работу за счет внутренней энергии рабочего тела. Причем в этом процессе происходит передача теплоты от более горячих тел (нагревателя) к более холодным (холодильнику).

Полная механическая работа складывается из работы расширения газа и работы сжатия, совершаемой силами давления газа при его сжатии.

Для получения положительной полной механической работы (A>0) необходимо, чтобы работа сжатия газа была меньше работы расширения.

Работа совершаемая газом при расширении:

∆V = const из-за цикличности работы двигателя

Следовательно, давление газа при сжатии должно быть меньше его давления при расширении. При одном и том же объеме давление газа тем меньше, чем ниже его температура. Поэтому перед сжатием газ должен быть охлажден при помощи «холодильника»

Для получения полной механической работы в тепловом двигателе при циклическом процессе расширения газа должно происходить при более высокой температуре, чем сжатие.

Необходимое условие для циклического получения механической работы в тепловом двигателе – наличие нагревателя и холодильника.

Согласно закону сохранения энергии работа совершаемая двигателем : А = Q_нагр — Q_хол

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя.

См.ниже «КПД теплового двигателя и Цикл Карно»

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Очень распространенный вид теплового двигателя.

Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри двигателя. Отсюда и название.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть, солярка) или на горючем газе.

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединенный при помощи шатуна с коленчатым валом. Шатун преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

В верхней части цилиндра имеется два клапана, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты в зависимости от положения поршня в цилиндре.

Через один клапан в цилиндр поступает горючая смесь (топливо с воздухом), через второй клапан выпускаются отработанные газы.

Горючая смесь топлива и воздуха внутри цилиндра воспламеняется при помощи электрической свечи или за счет резкого сжатия поршнем (в дизелях)

Образующиеся при сгорании горючей смеси газы с высокой температурой (1600-1800 о С) и давлением, расширяясь давит на поршень, заставляя его двигаться вниз и вращать коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую.

Крайние положения поршня в цилиндре называются верхняя и нижняя мертвые точки.

Расстояние, проходимое поршнем между мертвыми точками называется ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными.

Один ход поршня, или один такт, совершается за один оборот коленчатого вала.

1. Поршень движется вниз. Объем камеры сгорания увеличивается, в цилиндре создается разряжение. Открывается клапан и в цилиндр подается горючая смесь.

К концу первого такта цилиндр заполнен горючей смесью и клапан ее подачи закрыт.

2. При дальнейшем повороте вала поршень идет вверх и сжимает горючую смесь.

В конце второго такта, когда поршень дойдет до верхней мертвой точки, сжатая горючая смесь воспламеняется от электрической искры или от сжатия (в дизелях), и быстро сгорает с образованием газов высокой температуры и давления.

3. Газы давят на поршень и толкают его вниз, передавая движение через шатун на коленчатый вал. Двигатель совершает полезную работу. Поэтому этот такт называют рабочим ходом двигателя.

В конце третьего такта открывается выхлопной клапан и продукты сгорания выводятся из двигателя.

4. Благодаря массе поршня и маховика двигатель вращается по инерции. Поршень движется вверх. Идет выпуск продуктов сгорания и вентилирование камеры сгорания.

В конце четвертого такта выхлопной клапан закрывается. Поршень достигает верхней мертвой точки.

Цикл двигателя состоит из следующих тактов:

впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

В реальных двигателях несколько цилиндров, которые поочередно вращают коленчатый вал. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Паровая или газовая турбина

Пар или нагретый до высокой температуры газ под высоким давлением вращает вал без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.

На вал насажено колесо с лопатками по ободу, называемое рабочим колесом. На лопатки через специальные сопла подается пар (перегретый пар 200 о С) из котла или газ под давлением (20-40 атм), приводя турбину во вращение.

В современных турбинах применяют не один, а много дисков с несколькими рядами лопаток каждый, насаженными на общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому часть своей энергии.

На электростанциях турбины соединяют с генераторами. Частота вращения турбин достигает 10000-15000 оборотов, что является весьма удобным для генерации электрического тока.

Широкое применение находят газовые турбины, в которых вместо пара используются продукты сгорания топлива или газа.

Какое преобразование энергии происходит в электрическом двигателе внутренняя энергия