Проект Краткая Энциклопедия Физика (Вопросы и ответы)

3. Энергия и ее сохранение

• 3.1 Энергия
• 3.2 Ионные двигатели
• 3.3 Вечные двигатели
• 3.4 КПД двигателя

3.1 Энергия

Вопрос: Что такое энергия? Сколько формулировок существует?

В словаре Ожегова по поводу что такое энергия сказано:

а) Одно из основных свойств материи - мера ее движения, а так же способность производить работу.

б) Решительность и настойчивость в действиях (Взяться с энергией за что-нибудь).

Понятие энергии связывает воедино все явления природы. Одно из основных свойств энергии заключается в том, что она сохраняется.

(c) Балдин Е.М. E.M.Baldin@inp.nsk.su

3.2 Ионные двигатели

Вопрос: Я слышал про ионные двигатели. Используются ли они на ракетах?

На стендах испытаны двигатели с мощностью 50 Вт, тягой 4,45 мН, удельным импульсом тяги 12,2 км/с, кпд 50%.

В книге "Космические двигатели: состояние и перспективы" (Мир, 1988) на стр. 185 указано, что вследствие принципиальных ограничений по плотности ионного тока максимальная тяга одного модуля ионного двигателя сравнительно невелика (от 5 мН до 1 Н).

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru

3.3 Вечные двигатели

Вопрос: Какие существуют вечные двигатели?

Вечный двигатель (perpetuum mobile) - делится на вечные двигатели первого рода и второго рода. Причины, по которой их нельзя построить, называются первое и второе начала термодинамики. Осознание того, что создание вечного двигателя невозможно, подвигло Парижскую академию наук в 1775 году отказать в рассмотрении всех подобных проектов (основанием было примерно следующее: халявы не бывает).

Вечный двигатель первого рода предполагал работать без извлечения энергии из окружающей среды.

Вечный двигатель второго рода - это машина, которая уменьшает энергию теплового резервуара и целиком превращает ее в работу без каких либо изменений в окружающей среде.

(c) Балдин Е.М. E.M.Baldin@inp.nsk.su

3.4 КПД двигателя

От чего зависит КПД двигателя? С одной стороны, КПД определяется степенью сжатия (компрессии), которая в свою очередь зависит от прочности узлов двигателя. Чуть выше давление, и что-нибудь может сломаться. С другой стороны, чем более энергоемкое топливо используется, тем больше КПД. Предел компрессии определяется конкретным топливом, т.е. давлением, при котором происходит зажигание топлива. (Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, что в дизелях вместо искрового зажигания используется авто зажигание топлива повышением давления, а значит температуры). Кроме того, чем выше компрессия, тем более неоднородно давление в цилиндрах двигателя (из-за волн горения или детонации), что вызывает "стук" двигателя. Именно этот момент является ключевым. Можно повышать компрессию, достигая более высокого КПД, использовать более энергоемкие топлива, но очень важно, чтобы двигатель не "стучал". Это не только не комфортно, но и приводит к разрушению деталей. При разработке двигателей уровень вибрации изучается на специальных стендах, где можно медленно повышать степень сжатия, измеряя уровень шумов.

На современном рынке машин машины с дизельными двигателями являются наиболее эффективными. Они тратят на 20% топлива меньше и выбрасывают в атмосферу на 10% меньше углекислого газа по сравнению с бензиновыми двигателями. Последнее важно с точки зрения глобального потепления. Все ведущие автомобильные концерны работают над улучшением дизельных двигателей. Строятся теоретические модели двигателей. Вы можете через Интернет промоделировать ваш собственный двигатель, введя в готовую модель Ваши параметры. Во Франции принята национальная программа, предусматривающая постепенный, полный переход на дизельный транспорт. Концерны "Рено" и "Пежо" рассчитывают достигнуть к 2005 г. для своих машин расхода топлива 6 л/100 км. Фирма Крайслер, разработала новые материалы для деталей двигателя, не уступающие стали по прочности и весящие на 50% меньше. Разрабатываются новые топлива, основанные на смесях, содержащих такие компоненты, как диметилэфир и диметоксиметан. Известный производитель двигателей MAN BW Diesel AG (Аугсбург) совместно с Техническим Университетом Мюнхена разрабатывает принципиально новый тип дизельного двигателя, который по оценкам позволит достигнуть степени сжатия 25, что, возможно, резко повысит КПД.

Источник: http://arc.engin.umich.edu/esim-docs/esim.html

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru