1. Тепловой двигатель

Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В 1774 году выдающийся английский изобретатель Джеймс Уатт создал первый универсальный тепловой двигатель (паровую машину) который в последующие годы был усовершенствован. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу и охлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию. К сожалению, коэффициент полезного действия не высок.

К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

1.1 Двигатель внутреннего сгорания

В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск. (схема №1)

Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенно мощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др.

1.2 Паровая турбина

В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.

В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока.

Тепловые двигатели- паровые турбины- устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном- поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном- ДВС и паровые турбины; на ж/д- тепловозы с дизельными установками; в авиации- поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.

2. Загрязнение

Широкое использование тепловых двигателей в энергетике и транспорте не проходит бесследно для окружающей среды: постепенно уменьшается содержание кислорода и увеличивается количество углекислого газа в атмосфере, воздух загрязняется вредными для здоровья человека химическими соединениями. Возникает угроза изменения климата. Поэтому нахождение путей уменьшения загрязнения окружающей среды является сегодня одной из наиболее актуальных научно-технических проблем.

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.

Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.

В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу два-три тонн свинца.

Один из путей уменьшения путей загрязнения окружающей среды- использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.

Выбросы вредных веществ в атмосферу- не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.

3. Охрана окружающей среды

Во всех странах мира с развитой промышленностью ведутся работы, направленные на снижение и ликвидацию последствий загрязнения воздуха. Основные усилия направлены на предупреждение выбросов загрязнений в атмосферу. На всех действующих и новых теплоцентралях и тепловых электростанциях устанавливают газоочистное и пылеулавливающее оборудование. Предпринимаются меры по рациональному размещению тепловых электростанций.

Интенсивные работы ведутся по снижению загрязнения воздуха выхлопными газами автомобильных двигателей. Наиболее перспективными считаются электромобили и автомобили с двигателями, работающими на водороде. Продуктом сгорания в водородном двигателе является обычная вода.

Чтобы уменьшить негативные последствия работы тепловых двигателей, действуют в двух направлениях: с одной стороны, совершенствуют эти двигатели, повышая их КПД и уменьшая выброс вредных веществ, с другой стороны -- используют энергосберегающие технологии.

В странах, где эти технологии разрабатываются и применяются, потребление энергии на производство той же самой продукции в несколько раз ниже, чем в странах, которые только сейчас начинают уделять внимание энергосберегающим технологиям.

4. Вечный двигатель

Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile - перпетуум мобиле):

1) вечный двигатель 1-го рода - воображаемая, непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запущенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Вечный двигатель 1-го рода противоречит закону сохранения и превращения энергии и поэтому неосуществим;

2) Вечный двигатель 2-го рода - воображаемая тепловая машина, которая в результате совершения кругового процесса (цикла) полностью преобразует теплоту, получаемую от какого-либо одного "неисчерпаемого" источника (океана, атмосферы и т. п.), в работу. Действие вечного двигателя 2-го рода не противоречит закону сохранения и превращения энергии, но нарушает второе начало термодинамики, и поэтому такой двигатель неосуществим.

4.1. Вечный двигатель Стевина

Вечный двигатель это воображаемый механизм, который безостановочно движет сам себя и, кроме того, совершает ещё какую-нибудь полезную работу, например, поднимает груз или вырабатывает электроэнергию. Мысль его создания существовала с очень давних времен, а описания его устройства известны с начала XVII века. Однако уже раньше этого времени лучшие умы считали создание такого двигателя невозможным; голландский физик Стевин, итальянец Леонардо да Винчи писали об этом, а в 1775 году Парижская академия наук сочла необходимым совсем отказаться от рассмотрения машин, выдаваемых за вечный двигатель. Но проекты продолжали поступать. Вот один из древнейших проектов вечного двигателя.

К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна всегда перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться вечно, по крайней мере, до тех пор, пока не перетрется его ось. Так думал изобретатель. Между тем, если смастерить такой двигатель, он вращаться не будет.

4.2 Вечный двигатель Гертнера

Вечный двигатель некоего Гертнера, славившийся в Германии в те же времена, уже не производил такого же эффекта. Его двигатель состоял из большого колеса с перекатывавшимися в нем шарами, причем изобретатель утверждал, что никому не удастся задержать движение колеса. Посетители выставки один за другим пытались остановить колесо, но оно медленно возобновляло вращение как только отнимались руки. Никто не догадывался, что колесо вращается именно благодаря стараниям посетителей его остановить: толкая его назад, они тем самым заводили пружину искусно скрытого механизма... И все же подавляющее большинство изобретателей вечного двигателя честно старались разрешить заманчивую задачу. Были мобилизованы все мыслимые и немыслимые возможности: и архимедова сила, заставлявшая всплывать пустотелые деревянные ящики, и электричество, и магнетизм... А вот проект капиллярного "вечного" двигателя: масло (или вода), налитое в сосуд поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями еще выше; верхний сосуд имеет желоб для стока масла, которое падает на лопатки колеса, приводя его во вращение. Стекшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобу на колесо, не на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении...

Ошибка заключается в том, что масло не будет стекать с верхней, загнутой части фитиля. Ведь капиллярное притяжение, преодолев тяжесть, подняло жидкость вверх по фитилю. Эта же причина удержит жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд на действия капиллярных сил может попасть жидкость, то надо будет признать, что те же фитили, которые будто бы доставили её сюда, сами же и перенесли бы её обратно в нижний.

В наше время, правда, количество проектов perpetuum mobile пошло на убыль закон сохранения энергии звучит сейчас, очевидно, более убедительно, нежели в прошлом веке. Любители подобны задач заняты сейчас другой целью не противоречащей, кстати, законам природы, созданием так называемого дарового двигателя. В даровых двигателях энергия не создается из ничего, она черпается извне из окружающей атмосферы, из энергии Солнца и т.п.Есть даровые двигатели, работающие на перепаде атмосферного давления, по инерции и т.п. Ведь неплохо иметь такую машину: толкнул и она работает, скажем, лет сто. Потом остановится не беда, опять толкнем... Чистая фантазия, конечно, но законам природы это не противоречит, а значит, может и осуществиться... Нынешние даровые двигатели еще слишком несовершенны конструкция их чересчур дорога по сравнению с доставляемой ими энергией, и они, следовательно, невыгодны, но, во всяком случае, поиск рабочего дарового двигателя более перспективный путь, нежели бессмысленные попытки создания perpetuum mobile.

5. Список литературы

1. В.А. Касьянов «Физика 10 класс», Дрофа 2002;

2. В.И. Африна «Большая школьная энциклопедия» Москва 2004.