Современные тепловые машины и их самые распространенные разновидности

Одними из первых изобретённых человеком машин считаются ветряные и водяные мельницы. С развитием техники появились более сложные и практичные тепловые двигатели. В них часть поступающей энергии передаётся окружающей среде, что снижает КПД агрегатов. Рассмотрим, что такое тепловые двигатели в физике, их разновидности, примеры применения в промышленности.

Примеры и виды тепловых машин

Агрегаты, проделывающие механическую работу вследствие теплообмена с окружающими телами, называют тепловыми двигателями. Нагревание достигается преимущественно за счёт сжигания топлива неорганического происхождения, которое генерирует высокую температуру. Работа совершается посредством эксплуатации внутренних резервов топлива и содержащегося в воздухе кислорода.

Разработаны машины, функционирующие благодаря нагреву воды солнцем, за счёт разности температур морской воды на разной глубине. На практике они почти не используются из-за невысокой эффективности.

Первый тепловой двигатель, по учебникам физики, сконструировал и запустил Джеймс Ватт (Уатт) в 1774 г., а рабочий прототип продемонстрировал лишь в 1778 г. В его честь и названа единица измерения мощности. Хотя ещё в 1765 году российский изобретатель Иван Ползунов продемонстрировал вполне рабочий паровой двигатель.

Опыты же с прообразами паровых турбин проводились за два тысячелетия до этого, например, Героном. Учёный создал агрегат, названный им эолипилом. Это вращающийся на оси бронзовый шар, к которому подводился пар. В нём была пара трубок, изогнутых так, чтобы выходящий пар заставлял сферу вращаться.

Современные тепловые машины разделяются на двигатели внутреннего сгорания (ДВЗ) и внешнего сгорания.

Двигатели внешнего сгорания

Неприхотливы к виду сжигаемого топлива, не нуждаются в системах запуска, охлаждения в отличие от ДВЗ. Дали толчок развитию промышленности, применяются в современных ТЭС, АЭС. Наиболее распространены среди них:

Паровая машина – трансформирует энергию горячего пара в возвратно-поступательные перемещения поршневого механизма. Применялась в стационарных установках и первых автомобилях. Из-за низкого КПД почти не используется.

Паровая турбина (ссылка на «Паровая турбина» принцип действия…) отличается эффективностью ввиду отсутствия поршня, дороговизной. Активно применяется на электростанциях: тепловых, атомных, для трансформации тепловой энергии пара в механическую, вращающую вал ротора.

Мотор Стерлинга обладает наибольшим среди двигателей внешнего сгорания КПД. Это агрегат, где рабочее вещество (пар, жидкость) циркулирует в замкнутом пространстве. Работа базируется на периодическом подогреве и снижении температуры рабочего тела. Функционирует не только благодаря сжиганию топлива, но и от внешних источников теплового излучения. Применяется в насосах, подводных лодках, холодильных установках.

Двигатели внутреннего сгорания

Сложные современные агрегаты, следующий шаг в эволюции паровых моторов.

Поршневой ДВЗ – самый используемый в транспортных средствах двигатель. Работает на принципе преобразования энергии расширяющихся вследствие сжигания топлива газов в механическую. Различают двигатели с искровым зажиганием и зажиганием от сжатия.

Газотурбинный мотор – высокооборотистый массивный агрегат, часто требующий применения редуктора. Используется в качестве привода генераторов, в турбореактивных моторах, газотурбинных электростанциях. Разделяются на турбореактивные, турбовентиляторные, турбовинтовые, турбовальные.

Реактивный двигатель – генерирует силу тяги, преобразовывая внутреннюю энергию сжигаемого топлива в кинетическую, которая передаётся струе газа. Объединяет в себе мотор с движителем – генерирует тягу без контакта с опорой. Делятся на воздушно-реактивные и ракетные, применяются в авиации.

Расскажите, какие виды тепловых современных двигателей вам известны.