Transcript VY_32_INOVACE_170306_Tepelne_motory_I_DUM

10. března 2013
VY_32_INOVACE_170306_Tepelne_motory_I_DUM
TEPELNÉ MOTORY
I.
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.
Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.
Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,
registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.
Základy termodynamiky
Parní stroj
Parní turbína
Plynová turbína
Základy termodynamiky
Termodynamika
• zkoumá fyzikální procesy spojené s teplem a tepelnými jevy, vychází
z obecných principů přeměny energie
• její základy formulují termodynamické zákony
1. Termodynamický zákon
•
vychází ze zákona zachování energie
•
lze ho vyjádřit matematicky
•
U  W  Q
Přírůstek vnitřní energie soustavy je roven součtu
práce, kterou vykonávají ostatní tělesa působící na
soustavu, a tepla, které soustava přijímá od okolí.
dále
Základy termodynamiky
Pokud soustava nevyměňuje s okolím teplo, tak se zákon
zjednodušuje.
Q 0
U  W
Soustava koná práci na úkor vnitřní energie a musí se ochlazovat.
Pokud soustava práci nekoná a nepřijímá práci, pak se změna vnitřní
energie rovná teplu.
Obr.1
U  Q
Podle tohoto zákona se celkové
množství energie izolované soustavy
nemění.
dále
Základy termodynamiky
2. Termodynamický zákon
• uvádí, jak probíhají teplené děje
Při styku dvou těles různé teploty nemůže teplo přecházet z
chladnějšího tělesa na teplejší.
Zákon formuloval W. Thomson a německý fyzik R. Clausius v
polovině 19. století.
Platí s velmi velkou pravděpodobností.
dále
Základy termodynamiky
Perpetuum mobile
• hypotetický stroj, který by vykonával práci bez vnějšího zdroje
energie
• jediná energie by byla dodána na začátku při uvedení do pohybu
Perpetuum mobile prvního druhu
• stroj produkuje tolik energie, kolik jí sám spotřebuje
Perpetuum mobile druhého druhu
• stroj, který by periodicky pracoval, přijímal teplo od určitého tělesa
a vykonával stejně velkou mechanickou práci
dále
Základy termodynamiky
Obr.2
Obr.3
dále
Základy termodynamiky
Carnotův cyklus
• francouzský inženýr Sadi Carnot roku 1824 vymyslel cyklický děj
• skládá se ze čtyř částí: dvou izotermických a dvou adiabatických dějů
Pozn.: adiabatický děj – nedochází k tepelné výměně plynu s okolím, změna
objemu plynu je velice rychlá, mluvíme o adiabatické kompresi nebo expanzi.
Carnotův cyklus na encyklopedii fyziky
3. Termodynamický zákon
• popisuje chování látek v blízkosti nulové absolutní teploty
Nulové termodynamické teploty nelze žádným způsobem dosáhnout.
zpět na obsah
další kapitola
Parní stroj
Tepelné stroje
• přeměňují část vnitřní energie paliva při hoření na energii
mechanickou
• jsou to např. parní stroje, parní turbíny a spalovací motory
Parní stroj
• pístový tepelný stroj, který přeměňuje tepelnou energii vodní páry
na mechanickou energii
Historie:
• první pokusy – Héron Alexandrijský v 1. stol.n.l.
• vynález parního stroje připisujeme Jamesi Wattovi (1769)
dále
Parní stroj
Obr.4
dále
Parní stroj
Obr.5
Schematický popis
jednoválcového parního
stroje.
1 - Píst
2 - Pístní tyč
3 - Křižák
4 - Ojnice
5 - Klika čepu ojnice
6 - Excentrický mechanismus (jednoduchý vnější
rozvod)
7 - Setrvačník
8 - Šoupátko
9 - Wattův odstředivý regulátor.
dále
Parní stroj
Popis činnosti:
Pára z kotle prochází přes regulátor do šoupátkové komory a odtud
do válce. Tam působí tlakem na píst, použitá pára se přes
šoupátkovou komoru vypouští. Posuvný pohyb pístu je přenášen
postupně na kliku, která ho převádí na pohyb rotační. Účinnost
parního stroje je asi 5 – 15 %. Výhodou může být vysoká spolehlivost.
Využití:
•
•
•
•
Obr.6
parní lokomotiva
parník
parní válec
parní pumpa
dále
Parní stroj
Parní lokomotiva
Obr.7
• specializovaný druh parního stroje
• schéma chodu ukazuje animace
Parní lokomotiva na YouTube
Parní lokomotiva v Brně
dále
Parní stroj
Parník
• je loď
strojem
Obr.8
poháněná
parním
• u nás od 19. století brázdily
vody Vltavy a Labe
• první českou paroloď sestrojil
Josef Božek 1817
zpět na obsah
další kapitola
Parní turbína
• přeměňuje energii vodní páry v kinetickou energii oběžného kola
• teplota vodní páry = 500 °C
• pára se tvoří v parním kotli, pak se přenáší na lopatkové ústrojí
turbíny
• pára koná mechanickou práci, působí na lopatky oběžného kola na
rotoru
Využití:
• v jaderných elektrárnách
• pro pohánění lodí
dále
Parní turbína
Obr.9
Obr.10
zpět na obsah
další kapitola
Plynová turbína
•
•
•
•
•
•
•
funguje na stejném principu jako parní turbína
místo páry se používá plyn
plyn vzniká spalováním paliva (např. zemní plyn)
použití plynu umožňuju pružněji reagovat
má krátký start
má menší rozměry než parní turbína, spotřebuje ale více paliva
účinnost 22 – 37 %
Využití:
• k pohonu elektrických generátorů, lodí, součást raketových a
proudových motorů
dále
Plynová turbína
Obr.11
Obr.12
zpět na obsah
konec
POUŽITÁ LITERATURA
ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus,
2003. ISBN 80-7196-223-6
CITACE ZDROJŮ
Obr. 1 JORTS. Wikimedia Commons: Soubor:Maqterm1rP.gif [online]. 10 November 2007 [cit.
2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Maqterm1rP.gif
Obr. 2 Soubor:Perpetuum mobile villard de honnecourt.jpg: Wikimedia Commons [online]. 19 June
2005 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Perpetuum_mobile_villard_de_honnecourt.jpg
Obr. 3 GEORGE A. BOCKLER. Soubor:WaterScrewPerpetualMotion.png Skočit na: Navigace,
Hledání: Wikimedia Commons [online]. 4 October 2007 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí
Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5f/WaterScrewPerpetualMotion.png
Obr. 4 PANTHER. Soubor:Steam engine in action.gif: Wikimedia Commons [online]. 14 August
2005 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0/Steam_engine_in_action.gif
Obr. 5 PANTHER. Soubor:Steam engine nomenclature.png: Wikimedia Commons [online]. 28
August 2005 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Steam_engine_nomenclature.png
Obr. 6 MALTAGC. Soubor:SwanningtonEngine 01.jpg: Wikimedia Commons [online]. 28 March
2009 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/SwanningtonEngine_01.jpg
Obr. 7 RAINERHAUFE. File:Lokomotive 556.0 Luschna.jpg: Wikimedia Commons [online]. 12 May
2011 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a9/Lokomotive_556.0_Luschna.jpg?uselang=cs
CITACE ZDROJŮ
Obr. 8 ROBERT JOHN WELCH. Soubor:Olympic and Titanic.jpg: Wikimedia Commons [online]. 6
March 1912 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/Olympic_and_Titanic.jpg
Obr. 9 SIEMENS PRESSEBILD. File:Dampfturbine Laeufer01.jpg: Wikimedia Commons [online]. 1
December 2005 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/Dampfturbine_Laeufer01.jpg
Obr. 10 MARKUS SCHWEISS. Soubor:Wirnik turbiny parowej ORP Wicher.jpg Skočit na: Navigace,
Hledání: Wikimedia Commons [online]. 22 December 2004 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí
Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Wirnik_turbiny_parowej_ORP_Wicher.jpg
Obr. 11 DANIEL BONNERUE. File:Turbine gaz animee.gif: Wikimedia Commons [online]. 25 August
2006 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Turbine_gaz_animee.gif
Obr. 12 BOATBUILDER. Soubor:Rolls-Royce 152.jpg: Wikimedia Commons [online]. 26 November
2009 [cit. 2013-03-10]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/Rolls-Royce_152.jpg
Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.
Děkuji za pozornost.
Miroslava Víchová