14) Тепловой двигатель и его коэффициент полезного действия.
Большая
часть двигателей, используемых людьми,
— это тепловые двигатели.
Устройства, превращающие энергию топлива в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.
Любой тепловой двигатель (паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания) состоит из трех основных элементов:
-
рабочего тела (это газ), которое совершает работу в двигателе;
-
нагревателя, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы;
-
холодильника, которым является атмосфера или специальные устройства .
Ни один тепловой двигатель не может работать при одинаковой температуре его рабочего тела и окружающей среды. Обязательно температура нагревателя больше температуры холодильника. При совершении работы тепловыми двигателями происходит передача теплоты от более горячих тел к более холодным. Рабочее тело двигателя получает количество теплоты Qн от нагревателя, совершает работу А и передает холодильнику количество теплоты Qx.
В реальных тепловых двигателях работа, совершаемая тепловым двигателем меньше, чем разность (Qн- Qx), т.к. есть потери энергии в окружающую среду. В случае равенства речь идет об идеальном двигателе, в котором нет потерь энергии.
Отношение работы к энергии, которое получило рабочее тело от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия (КПД):
Для реального теплового двигателя КПД обычно не превышает 30-40 % , т.к. потери энергии в процессе его работы велики. Даже для идеального теплового двигателя КПД не будет равно 100%.
Паровая или газовая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель работают на базе ископаемого топлива. В процессе работы многочисленных тепловых машин возникают тепловые потери, которые в конечном счете приводят к повышению внутренней энергии атмосферы, т. е. к повышению ее температуры. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному изменению природных условий. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы. С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путем повышения КПД, их регулировки и создания новых двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами.
15)Характеристика жидкостей.
Вещество в жидком состоянии сохраняет свой объем, но принимает форму того сосуда , в котором находится. Расстояние между молекулами жидкости значительно меньше, чем между молекулами газа и между молекулами жидкости действуют силы притяжения, но действуют они только на ближайших соседей данной молекулы. Эти силы притяжения удерживают молекулу около временного положения равновесия примерно в течение 10-12 - 10-10 секунд, после чего они перескакивают из одного положения равновесия в другое. Время между двумя перескоками молекул из одного положения равновесия в другое называется временем оседлой жизни. В течение времени оседлой жизни большинство молекул удерживается в положениях равновесия, за более длительный срок большинство молекул успевает переменить местоположение, поэтому жидкости обладают текучестью.
Если в жидкости выделить малый объем, то в течение времени оседлой жизни в нем существует упорядоченное расположение молекул, подобное расположению в кристаллической решетке. Затем оно распадается и возникает в другом месте. В небольшом объеме жидкости наблюдается упорядоченное расположение ее молекул, а в большом объеме оно оказывается хаотическим. Поэтому говорят, что в жидкостях существует ближний порядок в расположении частиц.
Жидкость может обнаруживать механические свойства твердого тела, если время взаимодействия мало (меньше времени оседлой жизни) - камень отскакивает от поверхности воды. палка при ударе о воду может сломаться и т.п.
Поверхностное натяжение :
Молекулы поверхностного слоя испытывают притяжение со стороны молекул внутри жидкости и стремятся уйти вглубь , поэтому на поверхности остается минимальное число молекул. Сила, действующая вдоль поверхности жидкости и стремящаяся сократить ее до минимума называется силой поверхностного натяжения.
F п.н. = l
Где l - длина границы между жидкостью и твердым телом , а σ - коэффициент поверхностного натяжения.
Поверхностный слой всегда находится в состоянии натяжения
Смачивание:
Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее , чем к молекулам твердого тела, то такую жидкость называют смачивающей данное вещество.
Если молекул в жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам вещества, то такую жидкость называют не смачивающей. Смачивает жидкость вещество или нет можно обнаружить по форме капельки жидкости на поверхности этого вещества : если капелька имеет шарообразную (чуть приплюснутую форму) , то жидкость не смачивает твердое тело. Если капелька растекается по поверхности жидкости, то жидкость смачивает твердое тело. Поверхности жидкости в сосудах искривляются: смачивающие имеют вогнутую поверхность, а не смачивающие - выпуклую.
Из за разного давления, оказываемого вогнутой или выпуклой поверхностью смачивающие жидкости в тоненьких трубочках ( капиллярах) поднимаются вверх, а не смачивающие опускаются вниз.
Высота подъема(опускания) жидкости в капилляре
2 σ
h = ρ g r
Капиллярные явления играют большую роль в природе и технике. Много капилляров в растениях. По капиллярам в растениях вода поднимается вверх. В почве находятся капилляры, по ним вода поднимается вверх и испаряется. Большое значение имеют капилляры в технике - чтобы кирпичная стена не сырела, между фундаментом дома и кирпичной стеной делают прокладку в которой нет капилляров.