КПД теплового двигателя равен 25%. Двигатель получает от нагревателя количество теплоты 50 кДж и совершает работу, равную: * 7,5кДж 12,5кДж 25кДж 35кДж
Работа тепловых машин связана с использованием ископаемого топлива. Современное мировое сообщество использует энергетические ресурсы в громадных масштабах. Например, за 1979 г. энергопотребление составило примерно 3 • 1017 кДж. Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к повышению внутренней энергии окружающих тел и в конечном счете атмосферы. Казалось бы, что выработка 3 • 1017 кДж энергии в год, отнесенная к площади освоенной человеком суши (8,5 млрд га) , даст ничтожную величину 0,11 Вт/м2 по сравнению с поступлением лучистой энергии Солнца на земную поверхность: 1,36 кВт/м2. Однако при повышении ежегодного использования первичных энергоресурсов всего в 100 раз средняя температура на Земле повысится примерно на 1°С. Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, к изменению природных комплексов, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы роста энергопотребления увеличиваются, и сейчас создалось такое положение, что до увеличения температуры атмосферы потребуется всего несколько десятков лет. Однако человечество не может отказаться от использования машин в своей деятельности. Чтобы произвести одну и ту же необходимую работу, следует повысить КПД двигателя, что позволит расходовать меньше топлива, т. е. позволит не увеличивать энергопотребление. Бороться с негативными последствиями применения тепловых машин можно только путем увеличения эффективности использования энергии, путем ее экономии. Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, например сернистые соединения (при сгорании каменного угля) , оксиды азота, углеводороды, оксид углерода (угарный газ СО) , хлор и т. д. Эти вещества попадают в атмосферу, а из нее — в различные части ландшафта. Особую опасность в увеличении вредных выбросов в атмосферу представляют двигатели внутреннего сгорания, установленные на автомобилях, самолетах, ракетах. Применение паровых турбин на электростанциях требует много воды и больших площадей, занимаемых под пруды для охлаждения отработанного пара. Из-за большого энергопотребления в ряде регионов планеты возможность самоочищения их воздушных бассейнов оказалась уже исчерпанной. Необходимость значительно снизить выброс загрязняющих веществ привела к использованию новых видов топлива, в частности к строительству атомных электростанций (АЭС) . Но на атомных электростанциях встают другие проблемы: захоронение опасных радиоактивных отходов, а также проблема безопасности. Это показала катастрофа на Чернобыльской АЭС. При решении экологических проблем, связанных с использованием тепловых машин, важнейшую роль должны играть постоянная экономия всех видов энергии, переход на энергосберегающие технологии.
Реактивное движение основано на законе сохранения импульса, и возникает тогда, когда часть движущегося тела отделяется от него с какой-то скоростью. Само тело при этом получает импульс, направленный в противоположную сторону.
Простейшие примеры реактивного движения в природе - движение некоторых видов моллюсков и головоногих. Моллюски (морской гребешок), резко схлопывая раковину, выбрасывает между створок струю воды, двигаясь тем самым в противоположном направлении. Из головоногих примечателен кальмар. Механизм реактивного движения у него за миллионы лет эволюции развился до такой степени, что некоторые виды кальмаров могут перемещаться со скоростью 70 км/ч под водой, за что кальмар получил название "живой торпеды". Если гребешки двигаются , по большей части, хаотично, так как не контролируют направление выброса воды из раковины, то кальмар на выходе водяной струи имеет своеобразное "сопло", которым может регулировать вектор выброса струи по своему желанию. Скорость выброса воды позволяет кальмарам выпрыгивать из воды на высоту 5-7 метров и пролетать до 50 метров по воздуху. Из растений можно привести пример "бешеного огурца". В момент созревания происходит отрыв плода от плодоножки и в образовавшееся отверстие выбрасывается под давлением находившаяся там жидкость. Сам же огурец отлетает в противоположную выбросу сторону на 10-12 м. Строго говоря, именно здесь происходит в полной мере реактивное движение, так как, в отличие от кальмара, огурец не использует для своего движения окружающую среду в качестве рабочего тела.
Тот же принцип применен в полной мере и в ракетах. Реактивный двигатель ракет может работать независимо от окружающей среды, что позволяет использовать их в космическом пространстве. Топливо и окислитель находятся на борту ракеты. Химическая реакция сгорания топлива образует большое количество раскаленных газов, вырывающихся из сопла ракеты с огромной скоростью, сама же ракета получает импульс, достаточный для преодоления земного притяжения. Некоторые виды ракет разогнаться до третьей космической скорости (≈16,6 км/с), что позволяет преодолеть также притяжение Солнца и выйти за пределы Солнечной системы.
Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к повышению внутренней энергии окружающих тел и в конечном счете атмосферы. Казалось бы, что выработка 3 • 1017 кДж энергии в год, отнесенная к площади освоенной человеком суши (8,5 млрд га) , даст ничтожную величину 0,11 Вт/м2 по сравнению с поступлением лучистой энергии Солнца на земную поверхность: 1,36 кВт/м2.
Однако при повышении ежегодного использования первичных энергоресурсов всего в 100 раз средняя температура на Земле повысится примерно на 1°С. Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, к изменению природных комплексов, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы роста энергопотребления увеличиваются, и сейчас создалось такое положение, что до увеличения температуры атмосферы потребуется всего несколько десятков лет.
Однако человечество не может отказаться от использования машин в своей деятельности. Чтобы произвести одну и ту же необходимую работу, следует повысить КПД двигателя, что позволит расходовать меньше топлива, т. е. позволит не увеличивать энергопотребление. Бороться с негативными последствиями применения тепловых машин можно только путем увеличения эффективности использования энергии, путем ее экономии.
Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, например сернистые соединения (при сгорании каменного угля) , оксиды азота, углеводороды, оксид углерода (угарный газ СО) , хлор и т. д. Эти вещества попадают в атмосферу, а из нее — в различные части ландшафта.
Особую опасность в увеличении вредных выбросов в атмосферу представляют двигатели внутреннего сгорания, установленные на автомобилях, самолетах, ракетах.
Применение паровых турбин на электростанциях требует много воды и больших площадей, занимаемых под пруды для охлаждения отработанного пара. Из-за большого энергопотребления в ряде регионов планеты возможность самоочищения их воздушных бассейнов оказалась уже исчерпанной. Необходимость значительно снизить выброс загрязняющих веществ привела к использованию новых видов топлива, в частности к строительству атомных электростанций (АЭС) .
Но на атомных электростанциях встают другие проблемы: захоронение опасных радиоактивных отходов, а также проблема безопасности. Это показала катастрофа на Чернобыльской АЭС. При решении экологических проблем, связанных с использованием тепловых машин, важнейшую роль должны играть постоянная экономия всех видов энергии, переход на энергосберегающие технологии.
Простейшие примеры реактивного движения в природе - движение некоторых видов моллюсков и головоногих. Моллюски (морской гребешок), резко схлопывая раковину, выбрасывает между створок струю воды, двигаясь тем самым в противоположном направлении.
Из головоногих примечателен кальмар. Механизм реактивного движения у него за миллионы лет эволюции развился до такой степени, что некоторые виды кальмаров могут перемещаться со скоростью 70 км/ч под водой, за что кальмар получил название "живой торпеды". Если гребешки двигаются , по большей части, хаотично, так как не контролируют направление выброса воды из раковины, то кальмар на выходе водяной струи имеет своеобразное "сопло", которым может регулировать вектор выброса струи по своему желанию.
Скорость выброса воды позволяет кальмарам выпрыгивать из воды на высоту 5-7 метров и пролетать до 50 метров по воздуху.
Из растений можно привести пример "бешеного огурца". В момент созревания происходит отрыв плода от плодоножки и в образовавшееся отверстие выбрасывается под давлением находившаяся там жидкость. Сам же огурец отлетает в противоположную выбросу сторону на 10-12 м.
Строго говоря, именно здесь происходит в полной мере реактивное движение, так как, в отличие от кальмара, огурец не использует для своего движения окружающую среду в качестве рабочего тела.
Тот же принцип применен в полной мере и в ракетах. Реактивный двигатель ракет может работать независимо от окружающей среды, что позволяет использовать их в космическом пространстве. Топливо и окислитель находятся на борту ракеты. Химическая реакция сгорания топлива образует большое количество раскаленных газов, вырывающихся из сопла ракеты с огромной скоростью, сама же ракета получает импульс, достаточный для преодоления земного притяжения. Некоторые виды ракет разогнаться до третьей космической скорости (≈16,6 км/с), что позволяет преодолеть также притяжение Солнца и выйти за пределы Солнечной системы.