Жылу қозғалтқыштары. Физика, 8 сынып, қосымша материал.


Сабақ тақырыбы: Жылу қозғалтқыштары

Оқу мақсаттары: 8.3.2.22 – жылу қозғалтқыштарындағы энергияның түрленуін сипаттау;

8.3.2.20 – іштен жану қозғалтқышының, бу турбинасының жұмыс істеу принципін сипаттау

Теориялық материалдар:

Жылу қозғалтқыштары отынның ішкі энергиясын механикалық жұмысқа айналдырады

18 ғасырда саяси революциямен қатар жүрген өндірістегі экономикалық революция  қолөнер өндірісін завод-фабрикалармен  ығыстырды.Фабрикаларға энергия көзі қажет болды, сол мақсатта алғашқы бу машиналары ойлап шығарылды, олар

1690 жылы –  француз технигі Д.Папен алғашқы бу машинасын ойлап тапты, ол құрылысы жағынан өте қарапайым еді.

1711 жылы – Т.Ньюкомен өзінің көмекшісі Коулимен біргешахтадан су тартып шығаруға арналған бу машинасын жасады, ол едеуір кемшіліктеріне қарамастан өндірісте 90-жылдай пайдаланылды.

1763-1766жылы –  орыс технигі И.И.Ползунов бу машинасының жетілдірілген түрін жасап шықты.

1784жылы–  ағылшын ғалымы Дж.Уаттың жасаған жетілдірілген бу машинасы кеңінен қолданыла бастады.19 ғасырда сауда –саттық  пен өндірістің дамуына байланысты жаңа тасымалдаушы көлікке сұраныс пайда болды.Сол мақсатта өндіріс пен транспортта кеңінен  қолдануға болатын әмбебап қозғалтқыштар ойлап шығарылды, олар:

1863жылы – Н.Отто бензин мен ауаның қоспасымен жұмыс істейтін алғашқы поршенді қолдан тұтанатын авиациалық мотордың үлгісін жасады.

1871жылы –  К.Линде салқындатқыш машинасын ойлап тапты.

1897жылы – неміс технигі Р.Дизель өзі тұтанатын іштен жану қозғалтқышын жасап шықты.

Сонымен, біз қазіргі өмірімізді жылу қозғалтқышынсыз елестете алмаймыз, олар бізге арзан электр энергиясын өндіріп береді, жұмысымызды жеңілдетеді және жылдам көлік түрі болып табылады.

Іштен  жану қозғалтқышы

Жылу қозғалтқыштарының кең тараған түрі – карбюраторлы іштен жану қозғалтқышы, оның бұлай аталатын себебі жанғыш қоспа цилиндрдің ішінде тікелей жанады.Енді карбюраторлы іштен жану қозғалтқышының құрылысын қарастырайық: поршень, цилиндр, шатун мен кривошип, иінді білік, маховик, қақпақшалар және тұтандырғыш шам.Қозғалтқыштағы бір жұмыс циклі – поршеннің төрт жүрісі немесе төрт тактісінің ішінде жүзеге асырылады, сондықтан мұндай қозғалтқыштар төрт тактілі деп аталады..

Поршень жоғарғы шеткі орыннан төмен қарай қозғалады,оның үстіндегі көлемнің үлғаюынан ауа сирейді. Осы кезде 1 қақпақша ашылып, цилиндрдің ішіне жанғыш қоспа сорылады. Цилиндр жанғыш қоспаға толған соң қақпақша жабылады. Әрі қарай поршень жоғары қозғалып, жанғыш қоспа сығылады да цилиндрдің ішіндегі қысым 10·106 Па-ға жетіп, ол температураның 16000 -18000 С-ға дейін жоғарылуын тудырады.Екінші тактінің соңында тұтандырғыш шамда ұшқын көрінеді де, жанғыш қоспа от алып, тез жанады.

Келесі тактідіе қоспа жанғанда пайда болған жоғары температура мен қысымдағы газдар поршенге қысым күшін түсіріп, оны төмен қарай қозғайды,ол шатун мен кривошиптің көмегімен маховик пен иінді білікті қозғалысқа келтіреді.Бұл тактіде қозғалтқыш пайдалы жұмыс атқаратындықтан оны жұмыстық жүріс деп атайды.

Үшінші тактінің соңында поршень төменгі шеткі нүктеге келген кезде шығару 2 қақпақшасы ашылады,күшті түрткі алған маховик инерциясымен әрі қарай айналып, поршенді жоғары қарай қозғайды,шығару қақпақшасы арқылы газ сыртқа шығарылады.Осыдан кейін процесс қайталанып жалғаса береді. Қозғалтқыш үздіксіз жұмыс істеуі үшін оның білігін арнайы электр қозғалтқыш – стартер арқылы айналдырады.

Іштен жану қозғалтқышының  автокөліктерде көбінесе төрт цилиндрлі түрі пайдаланылады, цилиндрлердің жұмысы – олардағы жұмыстық жүріс бірінен кейін бірі орындалатындай болып атқарылады.

Жетістіктері

1.Массасы жеңіл;

2.Өте ыңғайлы (компактілі);

3.Пайдалы әсер коэффициенті  (25-30%)

Кемшіліктері:

1.Жоғары сапалы отын қажет етеді;

2.Құрылымы күрделі;

3.Иіннің айналу жылдамдығы жоғары;

4.Улы газдар;

5.Шу.

Қолданылуы:

Газ турбиналарында иінді-шатунды механизм  мен  бу қазандығының жоқтығы оларды жылу және атом электр станцияларында электр энергиясын өндіруде, көліктерде қолдануға мүмкіндік береді.

Дизель қозғалтқышы  Қозғалтқыштардың ішіндегі ең үнемдісі – төрт тактілі дизель қозғалтқышы, ол сұйық отынның арзан түрлерімен жұмыс істейді.оның жұмысының карбюраторлы қозғалтқыштан ерекшелігі: сору тактісі барысында цилиндрге жанғыш қоспаның орнына атмосфералық ауа сорылады. Екінші такті барысында цилиндрдегі ауа тез адибаталық жолмен сығылады, бұл ауаның темпертурасының 700-10000с –ға дейін артуына әкеліп соқтырады. Сығылған және қызған ауаға форсунка (бүркігіш) арқылы дизельдік отын бүркіледі, ол тез от алып біршама ұзақ жанады.Дизель қозғалтқышында тұтандырғыш шам болмайды. Әрі қарай жұмыстық жүріс, шығару тактісі

Жетістіктері

1.Ауаға улы заттардың бөлінуі 2/3-ге аз;

2.Қолданылатын отын түрі арзан;

3.Қолданылу мерзімі біршама ұзақ;

4.Қарапайым құрылғы.

5.П.Ә.К-і біршама жоғары 35-40%

Кемшіліктері

1.Қыстың күні іске қосылуы температураға тәуелді;

2.Қоректендіру жүйесін қайта жөндеу күрделі;

3.Жұмыс кезінде шуыл.

4.Көлемі жағынан үлкен.

5.Улы газдар бөледі

Бу турбинасы Электр энергиясын жылу және атом станцияларында өндірілетін бәрімізге белгілі. Олардың генераторлары бу немесе жоғары температураға дейін қыздырылған газ арқылы қозғалтқыш білігін поршеннің, шатунның және иінді біліктің жәрдемінсіз тікелей айналдырады.Қарапайым бу турбинасының негізгі бөліктері – ротор, ол білікке айнала орналасқан қалақшалар    бекітілген дискіден тұрады. Бу қазанынан арнайы каналдар (түтіктер) арқылы үлкен жылдамдықпен берілген бу қалақшаларға түсіп, дискіні айналдырады. Газ турбинасы болашағы зор қозғалтқыш – онда бу турбинасы мен іштен жану қозғалтқыштарының құнды жақтары біріктірілген, онда жану камерасында отын жанған кезде пайда болатын өте қатты қызған (1500 – 20000С) газ турбинасының қалақшаларына бағытталып, оларды айналдырады.

Жетістіктері

1.Жылдам айналғыштығы;

2.Ықшамдылығы;

3.Қуаттылығы;

4.П.Ә.К.-нің жоғарылығы – 40 %.

Кемшіліктері:

1.Инерциялығы,яғни турбинаны қосу немесе тоқтату үшін біршама уақыт қажет;

2.Айналу жылдамдығын реттеу мүмкіншілігінің жоқтығы;

3.Кері жүрістің жоқтығы.

Реактивті қозғалтқыш Ғылымда реактивті қозғалыс деп дененің бір бөлігінің одан бөлінгенде қалған бөлігінің қозғалысын айтады. Реактивті жылу қозғалтқышында жану камерасында жанармай жанғанда пайда болатын газ камера қабырғаларына үлкен күшпен әрекет етеді. Осы камераның бір шетінде орналасқан тесік-сопло арқылы газ үлкен жылдамдықпен сыртқа ұмтылады, сыртқа шыққан газ ағыны реактивті тартқыш күшін тудырады, яғни ұшақты, көлікті алға қарай қозғалысқа келтіреді.      

Реактивті қозғалтқыштар қазіргі таңда космосты игеру мақсатында кеңінен қолданылуда. Сонымен қатар олар метеорологиялық мақсатта және түрлі радиустағы әскери ракеталарда қолданылады.

Жылу қозғалтқышы және адам ағзасы Отын түрлеріне калий йодын тамызу арқылы оның құрамында қорғасын қосылыстарының бар жоғын анықтауға болады. Зерттеулер жоғары октанды бензинде қорғасын қосылыстарының бар екендігін көрсетті. Ал қорғасын тұзын нәруызға тамызғанда, ыдыстың түбіне нәруыз шөгінді болып тұнатыны байқалады, бұл денатурация, яғни нәруыз молекулаларының бұзылуы деген сөз. Ал адам ағзасы тұтастай нәруыздан тұратынын білесіздер, ендеше жоғары октанды бензинмен жұмыс жасайтын жылу қозғалтқыштарының бөліп шығаратын түтіндерінің құрамындағы қорғасын қосылыстары адам ағзасын ыдыратып, зат алмасу процесін бұзады, жас баланың ақыл –есінің  нашар дамуына, мидың  түрлі ауруына әкеліп соқтырады. Түтін құрамындағы күкірт пен азот тотықтары тыныс алу мүшелері арқылы өкпеге өтіп, қандағы гемоглобинмен әрекеттесіп, қанда оттегінің азаюына, оның   жетіспеушілігіне әкеледі, тыныс алу жолдарының ауруын, аллергия ауруын қоздырады. Цилиндрде бензин толық жанбаса бензопирен деген улы қосылыс түзіледі, ол онкологиялық ауруларды қоздырады

Жылу қозғалтқыштарынан туындайтын экологиялық мәселелер   Қазақстанда экологиялық жағынан өте лас қалаларға Риддер, Өскемен, Ақтөбе, Алматы қалалары жатады. Жылу машиналарында отынды жағу кезінде оттегінің көп мөлшерін қажет етеді, нәтижесінде ауадағы оттегінің мөлшері жылдан-жылға біртіндеп азайып келеді деген сөз. Мысалы: бір ғана реактивті лайнер 5 сағат ұшқанда 45 т оттегіні пайдаланады екен. Отын жанғанда пайда болатын көмірқышқыл газы «жылы жай эффектісін» тудырып атмосферадағы жылулық балансты бұзып, ауа-райының өзгеруіне, ауаның температурасының артуына, мәңгі мұздардың еріп, жер бетін топан су алу қаупін тудыруда.

Қуатты электр станцияларының өзенге тастаған қалдықтары ағын судың температурасын

50с-ға арттырып, олардағы флора мен фаунаның өзгерісін тудыруда.Өндіріс кәсіпорындары мен жылу электр станцияларының оттықтарындағы отын ешқашан толық жанып кетпейді, сондықтан ауаны күлмен, күйемен ластайды, олардың құрамындағы азот пен күкірт оксидтері ауадағы ылғалмен қосылып, азот пен күкірт қышқылын түзеді, соның нәтижесінде қышқыл жаңбырлар жауады. Ол ауа мен суды, жерді ластап – орманның  жойылуына, балықтар санының азаюына, ауылшаруашылық дақылдары түсімінің төмендеуіне әкеліп соқтырады.

Автомобильдердің бөліп шығаратын улы газдары мен қосылыстарын азайту үшін:

1.Көшеде машиналардыңжолқиылысындатығындалыпқалмай,бірқалыптықозғалуықажет, олүшінбағдаршамдардыңмаңызызор. Тығындаоталыптұрғанмашиналаротынды бос жағып, ауаныулыгаздарменластайды.

2.Қалада машиналар 60 км/сағжылдамдықпенқозғалуларықажет, дәл осы жылдамдықтақозғалтқыштанулыгаздар аз бөлінеді.

3.Ауыр жүкмашиналарыныңқалакөшелеріменжүруінетыйымсалып, қаласыртындағыжолдарменжүрулеріқажет.

4.Әрбір автомобиль жүргізушіүлкенжауапкершілікпенөзмашинасының «түтіндеуіне» жолбермей, қозғалтқышын дер кезіндеқарап, ақауынжөндепотыруларыкерек. Егерқазіргітаңдаесептегі бар машиналардыңоталужәнеқоректендіружүйелерідұрысреттелгенболса, улыгаздардыңатмосферағабөлінуі 5-6 есеазаяреді.

5.Нашар үрілгендоңғалақоның тез тозуынағанаемес, үйкелістіңартуынанжанармайдыңкөпжағылуынаәкеліпсоқтырады.

Термодинамика негіздері тақырыбы тестік жұмыс.

1.Абсолют температурамолекулалардыңжылулыққозғалысыныңорташакинетикалықэнергиясынатурапропорционалболады.

2. Дененің ішкі энергиясы деп денені құрайтын бөлшектердің ретсіз қозғалысының энергиясы мен олардың өзара әрекеттесу энергиясын айтады.

3. Дененің барлық молекулаларының жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы мен өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясының қосындысын дененің ішкі энергиясы деп атайды.

4. Жүйенің ішкі энергиясынөзгертудің екі тәсілі бар: қоршаған денелермен жылу алмасу және механикалық жұмыс істеу (үйкеліс,соққы, сығу).

5. Денемен жұмыс істелмей немесе дененің өзі жұмыс істемей тұрғандағы ішкі энергияның өзгеруі процесі жылу берілу деп аталады.

6. Идеал газ деп молекулалардың өзара әсерлесуi ескерусiз аз шама болғанда айтады.

7. Параметрлерiнiң бiрiнiң шамасы өзгерiссiз өтетiн процестердi изопроцестер деп атайды. Газдың үшiншi параметрi тұрақты болған кездегi екi параметрi арасындағы мөлшерлiк байланысты (тәуелдiлiктi) газ заңдарыдеп атайды.

8. Жүйеге берілген жылу оның ішкі энергиясының өзгеруіне және жүйенің сыртқы денелермен істейтін A жұмысына жұмсалады.

9. Кез келген машина сырттан алған жылу есебінен немесе ішкі энергиясының кемуі есебінен сыртқы денелерге қарсы жұмыс істей алады.

Бірінші ретті мәңгі қозғалтқышты жасаудың мүмкін еместігі термодинамиканың I заңының дұрыстығын дәлелдейді: A=Q-ΔU.

10.Изобаралық ұлғаю кезінде (р = const) газдың сыртқы жүйеге қарсы атқарған жұмысы газ қысымын, оның көлемініңөзгерісіне көбейткенге тең.

11.Табиғаттағы барлық процестер дерлік жылу алмасумен, үйкеліспен, диффузиямен катар жүреді және сондықтан олар – қайтымсыз.

Қайтымсыз процестер тура бағытта өз бетінше өтеді, ал оны кері бағытта жүзеге асыру үшін сыртқы денелерде оның орнын толтыратын процесс қажет.

Жылу құбылыстарының қайтымсыздығы, макроскопиялық жүйелердегі энергетикалық айналулардың бір бағыттылығы туралы ереже – термодинамиканың екінші заңын (бастамасын) береді

12. Сонымен, термодинамиканың бірінші заңы жоқтан алынатын энергияның көмегімен жұмыс істейтін машинаның бар болуын жоққа шығарады. (Бірінші ретті «мәңгі» қозғалтқыш жасау мүмкін емес!). Ол процестің жүретінін, материяның жойылмайтындығын білдіреді.

13.Термодинамиканың екінші заңы – бір дененің салқындауының есебінен ғана жұмыс істейтін машинаны жасау мүмкіндігіне тыйым салады. (Екінші ретті «мәңгі» қозғалтқыш жасау мүмкін емес!) Ол процестің бағытын білдіреді.

14. Ішкі энергияның механикалық энергияға айналуы адамдардың практикалық кызметінде және техниканың дамуы үшін маңызы зор. Бұл айналулар жылу қозғалтқыштары деп аталатын жылу машиналарының көмегімен жүзеге асырылады.

15.Жылу машиналарының теориясында термодинамиканың екінші бастамасы негізгі рөл атқарады.

16. Жылу машиналары (немесе жылу қозғалтқыштары) деп жүйенің ішкі энергиясының бір бөлігін механикалық энергияға айналдыратын және соның есебінен жұмыс істейтін құрылғыларды айтады.



Толық нұсқасын 30 секундтан кейін жүктей аласыз!!!


Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз:
Facebook | VK | WhatsApp | Telegram | Twitter

Қарап көріңіз 👇



Пайдалы сілтемелер:
» Ораза кестесі 2024 жыл. Астана, Алматы, Шымкент т.б. ауыз бекіту және ауызашар уақыты
» Туған күнге 99 тілектер жинағы: өз сөзімен, қысқаша, қарапайым туған күнге тілек
» Абай Құнанбаев барлық өлеңдер жинағын жүктеу, оқу

Соңғы жаңалықтар:
» Биыл 1 сыныпқа өтініш қабылдау 1 сәуірде басталып, 2024 жылғы 31 тамызға дейін жалғасады.
» Жұмыссыз жастарға 1 миллион теңгеге дейінгі ҚАЙТЫМСЫЗ гранттар. Өтінім қабылдау басталды!
» 2024 жылы студенттердің стипендиясы қанша теңгеге өседі
Пікір жазу