§ 9.3 Преобразование тепловой энергии в другие виды энергии и работу
Содержание
В какие виды энергии может быть преобразована тепловая энергия?
Тепловая энергия производится и используется не только для обогрева или нагрева чего-либо. Она преобразуется в полезную работу или в другие виды энергии: механическую, электрическую, энергию химических связей.
Прежде всего может преобразовываться сама тепловая энергия. При определённых условиях можно не только производить тепло, но и отбирать его, т. е. не нагревать, а охлаждать тела.
Такие процессы преобразования тепловой энергии осуществляются в кондиционерах, системах охлаждения двигателей автомобилей, в холодильниках. В холодильниках используется свойство некоторых веществ быть и жидкостью, и газом. Эти вещества в холодильниках называют хладагентами.
Если газообразный хладагент сильно сжать компрессором даже при комнатной температуре, он в специальном устройстве (конденсаторе), которое похоже на батарею радиатора, превращается в жидкость. В другом устройстве, испарителе, жидкий хладагент превращается в пар, при этом сильно охлаждается и охлаждает испаритель.
Его температура может понизиться до -40 °C. Тепло превратилось в холод.
Таким образом, тепловая энергия проявляется не только нагреванием чего-то, но и охлаждением.
Тепловая энергия может преобразовываться в кинетическую энергию. Например, в реактивном двигателе самолёта тепловая энергия сгорающего в кислороде воздуха топлива превращается в кинетическую энергию вылетающих из сопла с большой скоростью газов. Для того чтобы сгорание было более эффективным, в реактивном двигателе устанавливают компрессор (рис. 9.9). Он подаёт в камеру сгорания дополнительные порции воздуха, содержащего кислород для сгорания топлива.
В ракетном двигателе тепловая энергия сгорающего топлива превращается в кинетическую энергию вылетающих газов. В ракете устанавливают не только горючее, но и баки с кислородом для сгорания топлива. Вместо кислорода для сжигания топлива часто берут другие вещества, которые называют окислителями.
В паровой турбине тепловая энергия пара, нагретого в котле теплоэлектростанции, превращается в кинетическую энергию вращения турбины. Через сопла пар ударяет в лопатки турбины и вращает её. Кинетическая энергия лотом преобразуется в электрическую энергию. О таком преобразовании вы узнаете на уроках технологии, обучаясь в следующих классах.
В поршневом двигателе внутреннего сгорания тепловая энергия сгорающего топлива сначала превращается в потенциальную энергию сильно сжатого горячего газа.
Этот газ давит на поршень, заставляя его двигаться в цилиндре и сообщая ему кинетическую энергию поступательного движения. С помощью кривошипно-шатунного механизма эта энергия преобразуется в кинетическую энергию вращения основного вала двигателя.
Тепловая энергия может непосредственно преобразовываться в полезную работу.
Затапливая печь в доме или включая электронагреватель, мы нагреваем в помещении воздух и создаём для себя комфортную атмосферу. Нагревая на плите воду с крупой, картошкой, овощами, мясом, мы готовим обед, превращая тепловую энергию в полезную работу по приготовлению пищи (рис. 9.10, а). Взрывая в карьерах породу, рабочие-взрывники превращают тепловую энергию от взрывчатого вещества в полезную работу по дроблению добываемого угля или камня.
Тепловая энергия позволяет плавить различные материалы: металлы, пластмассы, минералы. Из расплавов получают различные изделия или полуфабрикаты. С помощью тепловой энергии можно из солёной морской воды получать пригодную для питья пресную воду и соль для бытовых и технических нужд.
С помощью тепловой энергии детали из различных материалов сваривают друг с другом, получая прочные конструкции (рис. 9.10, б). Например, фигурные листы стали сваривают электрической дугой и получают корпус корабля.
Проверьте себя:
1. Как осуществляется «производство» холода в холодильниках?
2*. Почему тепловая энергия заставляет лететь ракету?
3. Какую полезную работу может совершать тепловая энергия костра в туристском походе?
* Подумайте, почему в электрическом чайнике вода нагревается быстрее, чем в чайнике, поставленном на электрическую плиту.
