На рисунке изображены Процессы изменения состояния некоторой постоянной массы газа. Опишите эти изопроцессы, как меняются характеристики газа - p,T, V. Изобразите графики процессов в системе координат p,V и V,T.
1В основе работы двигателя внутреннего сгорания лежит открытый Лебоном эффект взрывного сгорания топливовоздушной смеси. Подожженная с искры, смесь воспламеняется, стремительно увеличиваясь в объеме, что дает возможность использовать силу расширяющихся газов для выполнения полезной работы.2Обычный двигатель внутреннего сгорания имеет один или несколько цилиндров, чаще всего их четыре. В цилиндрах находятся поршни, в верхней части головки блока цилиндров расположены клапаны, обеспечивающие подачу топливовоздушной смеси и выпуск отработанных газов.3Работа клапанов и поршней синхронизирована, что позволяет подавать горючую смесь и выпускать отработанные газы точно в нужные моменты. Поршни соединены шатунами с коленчатым валом, на который при их движении передается крутящий момент. Так как у поршней имеются верхняя и нижняя мертвые точки, на валу предусмотрен маховик, позволяющий проходить их за счет силы инерции и стабилизирующий работу поршневой группы. Коленвал закрыт снизу картером.4Горючая смесь нужного состава создается в карбюраторе. При нажатии на педаль газа смесь становится более богатой, при ее отпускании – бедной. Соответственно, увеличивается или уменьшается развиваемая двигателем сила. Чтобы исключить попадание в цилиндры двигателя пыли, поступающий воздух проходит через фильтр. Фильтруется и топливо, освобождаясь от возможных частиц.5Поджигается горючая смесь при вкручиваемых в верхнюю часть цилиндров свечей зажигания, на которые в нужные моменты подается высокое напряжение. Работа поршней и зажигания точно синхронизирована, поэтому поджог топливовоздушной смеси происходит в строго выверенный момент, в верхней мертвой точке. За счет давления воспламенившейся смеси поршень двигается вниз, совершая полезную работу. На его обратном движении происходит выдавливание отработавших газов через открывшийся выпускной клапан, затем поршень снова идет вниз, при этом цилиндр заполняется топливовоздушной смесью. Очередной ход поршня вверх сжимает и нагревает горючую смесь, затем она поджигается, и весь четырехтактный цикл снова повторяется.6На современных двигателях используется непосредственный впрыск топлива в цилиндры через форсунки, его подача контролируется электроникой. Это позволяет экономно расходовать топливо и увеличивает надежность двигателя.7Одной из разновидностей двигателей внутреннего сгорания являются дизели, не имеющие свечей зажигания. Воспламенение топлива в них происходит за счет сжатия поршнем топливной смеси в цилиндре. Для запуска дизельного двигателя необходимо его прокрутить, что достигается использованием электрического или бензинового стартера. Достоинством дизеля является высокая развиваемая мощность и возможность его работы на разных сортах топлива. Кроме того, такие двигатели менее пожароопасны, так как дизельное топливо воспламеняется гораздо хуже бензина.
В 1913 г. инженер, физик и изобретатель Никола Тесла запатентовал турбину, устройство которой принципиально отличалось от устройства традиционной турбины. В турбине Тесла не было лопастей, которые приводились в движение энергией пара или газа.Вращающаяся часть турбины - ротор, представляла собой набор тонких металлических дисков, закреплённых на валу и разделённых шайбами. Поток газа или рабочей жидкости поступал с внешнего края дисков и проходил к центру по зазорам, закручиваясь. Известно, что если поток жидкости или газа направить по плоской поверхности, то поток начинает увлекать за собой эту поверхность. Диски в турбине Паскаля увлекались потоком газа, вызывая вращение.В паровой турбине тепловая энергия пара преобразовывается в механическую работу.Ещё в 130 г. до нашей эры греческий математик и механик Герон Александрийский изобрёл примитивную паровую турбину, которую назвали «эолипил». Прибор представлял собой наглухо запаянный котёл, из которого были выведены две трубки. На эти трубки установили полый шар с двумя соплами Г-образной формы. В котёл заливалась вода, и он ставился на огонь. Пар поступал по трубкам в шар и под давлением вырывался из сопел. Шар начинал вращаться. Это был прообраз реактивного двигателя, в котором реактивная сила, которая вращала шар, создавалась паром.Во времена Герона к его изобретению отнеслись, как к игрушке. Практического применения оно не нашло.В 1629 г. итальянский инженер и архитектор Джованни Бранки создал паровую турбину, в которой колесо с лопатками приводилось в движение струёй пара.Английский инженер Ричард Трейсвик в 1815 г. на ободе паровозного колеса установил два сопла и пустил по ним пар.С 1864 г. по 1884 г. инженерами были запатентованы сотни изобретений, относящихся к турбинам.И только в 1889г. шведский инженер Густаф Лаваль создал паровую турбину, которую можно было использовать в промышленности. В турбине Лаваля струя пара, выходящая из сопел неподвижного статора, давила на лопатки, закреплённые на ободе колеса. Колесо под давлением пара вращалось. Такая турбина называлась активной.В турбине Лаваля сопло расширялось на выходе. Это увеличивало скорость выходящего пара и, как следствие скорость вращения турбины. Сопло Лаваля стало прообразом современных ракетных сопел.Немного раньше, независимо от Лаваля, в 1884 г. английский инженер и промышленник Чарлз Алджернон Парсонс изобрёл многоступенчатую реактивную паровую турбину. В такой турбине имелось несколько рядов рабочих лопаток, которые назывались ступенями. Парсон запатентовал идею корабля, который приводился в действие этой турбиной.Турбиной называют вращающееся устройство, которое приводится в действие потоком жидкости или газа.Самый простой пример турбины – водяное колесо.Представим себе вертикально поставленное колесо, на ободе которого закреплены черпаки или лопасти. На эти лопасти сверху льётся поток воды. Под действием воды колесо вращается. А вращением колеса можно приводить в действие другие механизмы. Так, в водяной мельнице колесо вращало жернова. А они мололи муку. На гидроэлектростанциях турбины вращают генераторы, которые вырабатывают электрическую энергию. На тепловых электростанциях лопасти турбин приводятся в движение тепловой энергией, которая освобождается при сжигании топлива (газа, угля и т.п.). Ветровые генераторы заставляет вращаться энергия ветра.С точки зрения физики турбины – это устройства, которые преобразовывают энергию пара, ветра, воды в полезную работу.В зависимости от того, какой вид энергии преобразуется в турбинах, различают паровые турбины и газовые. Газовая турбина отличается от паровой тем, что в движение её приводит не пар из котла, а газ, который образуется при сгорании топлива. А все основные принципы устройства паровых и газовых турбин одинаковы.Первый патент на газовую турбину был получен в 1791 г. англичанином Джоном Барбером. Барбер разработал свою турбину для движения безлошадной повозки. А элементы турбины Барбера присутствуют в современных газовых турбинах.В 1903 г. норвежец Эджидиус Эллинг изобрёл газовую турбину, производящую больше энергии, чем затрачивалось на её работу. Принцип её работы был использован английским инженером-конструктором сэром Фрэнком Уиттлом, который в 1930 г. запатентовал газовую турбину для реактивного движения.
