 |
Тепловые машины в жизни человека.
|
|
|
|
Цели работы:
Провести анализ положительного и отрицательного действия тепловых машин на жизнь человека и окружающую среду. Развивать интерес к цифровой информации, описывающей состояние окружающей среды. Содействовать воспитанию экологического сознания.
Проблемы работы:
Выявить влияние автотранспорта на экосистемы, находящиеся в черте города Астрахань. Выявить влияние автотранспорта на рост заболеваемости жителей города Астрахань, испытывающих неблагоприятное состояние окружающей среды на себе.
Вопросы:
Вычислить количество токсичных продуктов, образующихся при работе транспорта, охарактеризовать их действие на живые организмы и окружающую среду. Какими транспортными средствами лучше всего пользоваться с экологической точки зрения в больших городах и почему? Что можно сказать о местной экологической ситуации и что нужно сделать, чтобы сохранить нашу природу?
План:
1 Историческая справка.
1.1) История создания тепловых машин.
1.2) История создания паровых двигателей.
1.3) История создания двигателя внутреннего сгорания.
1.4) История создания реактивных двигателей.
2 Положительная роль тепловых машин.
3 Отрицательная роль тепловых машин.
4 Решения экологических проблем.
Слово «экология» вам знакомо: вы часто его слышите, встречаете в газетах, книгах. В переводе с греческого оно означает «наука о доме, жилище». Поэтому не случайно эти словом называют ныне науку об отношениях растительных и животных организмов, в том числе людей, с окружающей средой – тем домом, в котором живет человечество.
Чтобы жить в нем без страха за свое будущее, за свое здоровье, радоваться красотам природы, нужно беречь этот дом, иначе вообще можно погибнуть.
|
|
|
Человек – часть природы, и ее разрушение грозит ему множеством бед. У Земли много проблем, и одна из них – тепловые машины. Поэтому сейчас мы и остановимся на положительной и отрицательной роли тепловых машин в жизни человека, и попытаемся наметить выход из сложившейся экологической обстановки.
А началось все в XVII веке, когда простое предложение о замене пробирки поршнем позволило сделать вывод о возможности поставить пар на службу человеку.
История создания тепловых машин. В XVII веке наблюдается развитие производств, требующих совершенствования техники. Был нужен такой источник энергии, который не был бы «привязан» к одному месту, как энергия падающей воды, не зависел бы от погоды, как энергия ветра. И такой вид энергии нашли – тепло, а именно энергия водяного пара.
Французский физик Дени Папен вместе с немецким ученым Бюйгесом работал с 1682 года над созданием машины, в которой поршень внутри трубки поднимался бы при помощи взрыва порохового заряда, помещенного под цилиндром. После длительных экспериментов в 1690 году они нашли идеально работающее тепло – воду. Также он обнаружил увеличение температуры кипения с ростом давления воды и применил это открытие для получения воды при температуре выше 100 градусов по Цельсию, нагревая его в закрытом котле. Во избежание взрыва из-за слишком большого давления он применил изобретенный им предохранительный клапан.
История создания паровых двигателей.
В 1698 году англичанин Томас Севери изобрел паровой насос для откачки воды из шахт. А в 1705 году, познакомившись с работами Папена, слесарь Томас Ньюкомен получил патент на изобретенную им тепловую машину. Она была первой машиной, которая с успехом применялась для подъема воды из шахт. Принцип ее работы был таким: пар из котла выходил в цилиндр и поднимал его доверху. Затем в цилиндр под поршень пускали воду, пар конденсировался, давление понижалось, и атмосферное давление опускало поршень вниз. Однако машина была крайне громоздкой и требовало огромного количества угля. Поэтому ее можно было использовать только для откачки воды на шахтах. Понадобилось более 50 лет, прежде чем появился первый паровой двигатель непрерывного действия. Его создал наш соотечественник Иван Иванович Ползунов (в 1766 году)- русский ученый, механик. В первом из двух проектов Ползунова была разработана (впервые в мире) универсальная двухцилиндровая паровая машина непрерывного действия с рабочим валом, во втором конструкция была переработана и несколько упрощена применительно к конкретной задаче – приведению в движение воздуходувных мехов плавильных печей. При этом вторая машина была в 10 раз больше и в 15 раз мощнее первой.
|
|
|
По расчетам исследователей, ее мощность составляла от 32 до 40 л. с. Второй проект был воплощен самим Ползуновым, отдавшим этой работе все свои силы. Машина была выполнена целиком из металла (впервые в мире), проработала всего два месяца, но даже за этот короткий срок не только окупила все затраты, но и принесла немалый доход. Была пущена в Барнауле, с помощью нее было расплавлено 9000 пудов серебряной руды.
Создателем универсального парового двигателя, который получил широкое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт. Он намеревался прежде всего исключить потерю тепла за счет охлаждения цилиндра. В 1784 году ему пришла идея выводить пар из цилиндра, соединив в надлежащий момент цилиндр с пустым резервуаром, куда пар сам бы устремлялся. Так был изобретен конденсатор. Также Уатт внес в свою машину такие усовершенствования, как центробежный регулятор ввода пара, золотник, паровая рубашка вокруг цилиндра, индикатор давления. Машина была двойного действия, то есть пар поступал по обе стороны от поршня.
Для расширяющегося машинного производства нужен был и механический транспорт. И такой появился, в его основе лежал универсальный паровой двигатель. В 1803 году в Париже на реке Сене американец Р. Фультон впервые испытал судно, движимое силой пара. А через 4 года по реке Гудзон уже ходил первый в мире колесный пароход «Клермонт» с двигателем мощностью 20 л. с.
|
|
|
В 1814 году англичанин Джордж Стеферсон создал паровоз, который двигал состав весом 30,5 т со скоростью 6км/ч. В России отец и сын Черепановы, крепостные мастера уральского завода, тоже построили паровоз (в 1834 году). Он вез состав весом 32 т со скоростью 13-16 км/ч.
В конце XIX века коренным образом изменился паровой двигатель. Изобретатели решили использовать не давление пара, а скорость его движения. Так была создана в 1884 году англичанином Парсоном первая многоступенчатая паровая машина.
История создания двигателя внутреннего сгорания. На определенном этапе развития техники стало очевидным, что пользоваться теплом огня непосредственно для производства работы лучше, чем затрачивать его на получение пара, а затем использовать тепло пара. Но с самых же первых опытов возникли большие препятствия. Достаточно упомянуть разработки Ж. Готфейля и Х. Гюйгенса (1681). Оба ученых предлагали так называемый атмосферный двигатель, у которого поршень поднимался взрывом пороха вверх и фиксировался. После охлаждения продуктов сгорания под поршнем создавалось разряжение. У двигателя Гюйгенса под действием атмосферного давления поршень опускался, совершая полезную работу. У двигателя Готфейля разряжение в под поршневой полости использовалось для всасывания воды, а после того как поршень переставали удерживать, он, опускаясь, вытеснял воду. Реализовать эти предложения в то время не представлялось возможным из-за низкого уровня развития техники.
Разработки Папена, Севери, Ползунова, Уатта и др. привели к тому, что к концу XVII столетия паровая машина стала универсальным двигателем, и казалось, замены пару нет.
Представить себе двигатель, работающий не так, как паровая машина, было трудно. Возникло представление, что любое рабочее тело должно обладать свойствами пара и попадать в цилиндр в виде однородной массы с одинаковыми температурой и давлением. Таким рабочим телом могли стать продукты сгорания.
Решение задачи использования продуктов сгорания заключалось в поиске соответствующего горючего. Очевидно, таких попыток заменить пар было немало, но история сохранила лишь некоторые из них, да и то в очень неполном объеме. Например, работы братьев Ньепсов. (Известны благодаря своему вкладу в развитие фотографии).
|
|
|
Идея замены дефицитного во Франции угля иным топливом витала в воздухе. Братья занимались поисками такого топлива, продукты сгорания которого можно было бы использовать в качестве рабочего тела, подобного пару. В качестве такового они применили ликоподий – семена спорового растения-плауна. Этот чрезвычайно сухой, легкий и легковоспламеняющийся порошок использовался для эффектных вспышек во время театральных представлений. Считать его конкурентом угля было нельзя, урожай плауна был очень ограничен.
Можно считать, что первая официально зарегистрированная попытка создания ДВС (двигателя внутреннего сгорания) была сделана почти одновременно с началом работ Ньепсов. В 1794 г. изобретатель Роберт Стрит получил в Англии патент № 000 на атмосферный двигатель, работающий на продуктах сгорания горючей жидкости (терпентин или спирт). Жидкость наливалась на дно вертикального цилиндра, при нагреве испарялась, и ее пары смешивались с воздухом. После воспламенения горючей смеси продукты ее сгорания поднимали поршень и совершали работу.
В 1833 г. Вельмант Райт получает в Англии патент № 000, в котором оговорено охлаждение цилиндров с помощью водяной рубашки (двигатель двойного действия).
В 1838 г. в Англии выдан патент № 000, согласно которому газ и воздух предварительно сжимают в отдельных цилиндрах, а смесь перед воспламенением дожимают в рабочем цилиндре. Воспламенение должно было производиться в мертвой точке с помощью раскаленной губчатой пластины или же пламенем через золотник.
Были предложены использовать водород (1820г, англичанин Сесиль). В 1841г. Дж. Джонстон получил патент на двигатель, работающий на смеси водорода с кислородом.
На всемирной выставке в Париже в 1867 г. немецкий коммерсант Отто представил новый газовый двигатель, созданный в содружестве с инженером Лангеном.
|
|
|
