TEPELNÉ MOTORYI.

10. března 2013 VY_32_INOVACE_170306_Tepelne_motory_I_DUM

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

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

• Přírůstek vnitřní energie soustavy je roven součtu práce, kterou vykonávají ostatní tělesa působící na soustavu, a tepla, které soustava přijímá od okolí.

Základy termodynamiky

dále

QWU

Pokud soustava nevyměňuje s okolím teplo, tak se zákon zjednodušuje.

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.

Základy termodynamiky

dále

0Q WU

QU Podle tohoto zákona se celkové množství energie izolované soustavy nemění.

Obr.1

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.

Základy termodynamiky

dále

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

Základy termodynamiky

dále

Základy termodynamiky

dále

Obr.3Obr.2

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.

3. Termodynamický zákon

• popisuje chování látek v blízkosti nulové absolutní teploty

Nulové termodynamické teploty nelze žádným způsobem dosáhnout.

Základy termodynamiky

Carnotův cyklus na encyklopedii fyziky

další kapitolazpět na obsah

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)

Parní stroj

dále

Parní stroj

dále

Obr.4

Parní stroj

dále

Schematický popis jednoválcového parního stroje.1 - Píst2 - Pístní tyč3 - Křižák4 - Ojnice5 - Klika čepu ojnice6 - Excentrický mecha-nismus (jednoduchý vnější rozvod)7 - Setrvačník8 - Šoupátko9 - Wattův odstředivý regu-látor.

Obr.5

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:

• parní lokomotiva

• parník

• parní válec

• parní pumpa

Parní stroj

dále

Obr.6

Parní lokomotiva

• specializovaný druh parního stroje

• schéma chodu ukazuje animace

Parní stroj

dále

Obr.7

Parní lokomotiva na YouTube Parní lokomotiva v Brně

Parník

• je loď poháněná parním strojem

• u nás od 19. století brázdily vody Vltavy a Labe

• první českou paroloď sestrojil Josef Božek 1817

Parní stroj

další kapitolazpět na obsah

Obr.8

• 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

Parní turbína

dále

Parní turbína

další kapitolazpět na obsah

Obr.9Obr.10

• 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

Plynová turbína

dále

Plynová turbína

koneczpět na obsah

Obr.11

Obr.12

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