Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Кісларод выкарыстоўваецца таксама для выдзімання ў доменных працэсах. Аргон і неон ідуць для напаўнення электрычных лямп, азот — для атрымання аміяку і г. д. Вось чаму важна прамысловае атрыманне вадкага паветра.
Будова прамысловых машын для атрымапня вадкага паветра заснавана на ахаладжэнні паве
тра пры хуткім яго расшырэнні. Схема будовы машыны для атрымання вадкага паветра паказана на рыс. 191. Паветра засасваецца звонку ў кампрэсар А і сціскаецца поршнем да ціску ў некалькі дзесяткаў дтмасфер.
У змеевіку С сніснутае кампрэсарам паветра ахалоджваецца ў ім вадой; далей яно паступае ў расшыральнік (дэтандэр) В, дзе, расшь,
183
раючыся і выконваючы пры гэтым работу, ахалоджваецца да тэмпературы ніжэй крытычпай. Пры зваротным ходзе поршня дэтандэра паветра кандэнсуецца ў вадкасць, якая збіраецца ў сасуд D.
Савецкі вучоны П. Л. К а п і ц а замест цыліндра з паступальназваротным рухам поршня прымяніў турбіпу (турбадэтандэр), якая верціцца сціснутым паветрам. Гэтая ўстаноўка аказалася ў многа разоў больш прадукцыйнай і эканамічнай, чым машыны іншых сістэм.
Прымяняючы ў машынах у якасці ахаладжальніка вадкае паветра, якое кіпіць, атрымліваюць вадкі вадарод. Ён з’яўляецца самай лёгкай вадкасцю, яе шчыльнасць 0,07—'—. Выпараючы вадкі вадарод пад паніжаным ціскам, можна яшчэ больш панізіць тэмпературу; пры тэмпературы —257° вадарод ператвараецца ў цвёрды стан, яго шчыльнасць у гэтым стане 0,08Др. Пры тэмпературы цвёрдага вадароду ўсе рэчывы, за выключэннем гелія, знаходзяцца ў вадкім і цвёрдым станах. Пасля многіх спроб удалося, нарэшце, ператварыць у вадкасць і гелій. Для гэтага прыйшлося гелій рапярэдне ахаладзіць кіпячым. вадкім вадародам.
123. Уласцівасці звадкаваных газаў. Звадкаваныя газы хутка выпараюцца. Для іх захавання Дз ь ю а р сканструяваў спецыяльныя шкляныя сасуды з падвойнымі сценкамі, з унутранай прасторы паміж якімі выкачана паветра. Такім шляхам амаль выключаецца цеплаабмен змесціва сасудаў з навакольным асяроддзем праз канвекцыю і цеплаправоднасць. Для памяншэння награвання спрамяненнем сценкі робяцца люстранымі. Адзін з тыпаў сасуда Дзьюара можна бачыць у тэрмасе, які служыць для захавання ежы ў гарачым стане.
Пры тэмпературы звадкаваных газаў вялікая колькасць рэчываў пераходзіць у нвёрды стан. Так, напрыклад, абліваючы вадкім паветрам ртуць, налііую ў спецыяльную форму, можна атрымаць бліскучы ртутны малаточак, якім лёгка забіць у дошку невялікі цвік. Апусціўшы ў бакал з вадкім паветрам прабірку са спіртам, мы атрымаем цвёрды спірт, тэмпература замярзання якога —1 Н°С.
Фізічныя ўласцівасці многіх рэчываў пры тэмпературы звадкаваных газаў значна змяняюцца. Так, напрыклад, ртуць і цынк робяцца коўкімі, свінец — пластычны метал — робіцца пругкім, як сталь; званочак. зроблены з свінцу, звініць. Некаторыя целы, пругкія пры звычайнай тэмпературы, калі яны ахалоджаны ў звадкаваным газе, робяцца крохкімі, як шкло. Так, напрыклад, кавалак гумы пасля ахаладжэння ў вадкім паветры лёгка ламаецца, а гумавы мячык пры ўдары разбіваецца ўшчэнт.
Дзякуючы наяўнасці багатай колькасці кіслароду вадкае паветра моцна садзейнічае гарэнню Кавалак ваты, змочаны вадкім паветрам, успыхвае, як порах. Вугальны парашок, які прамочап вадкім паветрам, уяўляе сабой рэчыва, якое па выбуховай сіле не ўступае дынаміту.
14 A. В. Пёрышкін. Курс фізікі, ч. II
РАЗДЗЕЛ XII.
ЦЕПЛАВЫЯ РУХАВІКІ.
124. Работа пры расшырэнні газу. Разгледзім, як у прасцейшым выпадку падлічыць работу, якая выконваецца газам пры расшырэнні.
Уявім сабе, што ў цыліндры пад поршнем, плошча якога S, знаходзіцца якінебудзь газ, ціск якога ровен р (рыс. 192, а). Сіла, з якой газ цісне на поршань, вызначаецца па формуле F — pS Калі награваць газ пры пастаянным ціску, то ён расшырыцца і поршань перамесціцца на некаторую адлегласць h.
Р
Рыс. 192. Да разліку работы пры ізабарычным расшырэнні газу.
Газ пры гэтым выканае работу A = pS/i. Але Sh = V2—Vx ёсць павелічэнне аб’ёму газу; значыць,
A^pW2VxY
работа газу пры ізабарычным расшырэнні роўна здабытку ціску газу на павелічэнне яго аб’ёму.
Графічна работа, выкананая газам пры ізабарычным расшырэнні, будзе паказана плошчаю прамавугольніка ABCD, аснова якога роўна V2 — Vlt а вышыня р (рыс. 192, б).
125. Цеплавы рухавік. Умовы, неабходныя для работы цеплавога рухавіка. Цеплавым рухавіком называецца машына, у якой адбыеаецца ператварэнне энергіі, йтрыманай пры згаранні паліва, у механічную энергію.
190
Рэчыва, якое выконвае работу ў цеплавых рухавіках, называецца рабочым целам, або рабочым рэчывам. У паравых рухавіках такім рабочым рэчывам з’яўляецца пара, а ў рухавіках унутранага згарання — газ.
Існуюць два віды цеплавых рухавікоў: рухавікі ўнутранага згарання і паравы рухавік. Як яны пабудаваны, мы разгледзім далей, а зараз установім агульныя ўмовы, якія адносяцца да ўсіх цеплавых рухавікоў, неабходныя, каб ператварыць энергію згараючага паліва ў работу машын і механізмаў. Гэтыя ўмовы мы высветлім на прыкладзе работы парасілавой устаноўкі, схема якой паказана на рыс. 193.
Рыс. 193. Схема парасілавой устаноўкі.
Адной з частак парасілавой устаноўкі з’яўляецца топка з паравым катлом С (аб будове катлоў гл. § 128). У катле ўтвараецца пара, якая пад ціскам накіроўваецца па трубе М у цыліндр паравой машыны Е. Тут пара расшыраецца і, рухаючы поршань, выконвае работу. Пры дапамозе перадаючага механізма А зваротнапаступальны рух поршня пераўтвараецца ў вярчальны рух махавіка, які прыводзіць у рух рабочыя часткі станкоў, сельскагаспадарчых машын, генератараў току і г. д.
Адпрацаваўшая пара выштурхоўваецца ў спецыяльнае прыстасаванне К, якое называецца кандэнсатарам, дзе яна, праходзячы праз трубы, якія ахалоджваюцца цякучай вадой, траціць частку сваёй унутранай энергіі і ператвараецца ў ваду. Гэтая вада накіроўваецца спачатку ў жывільны бак Р, дзе ачышчаецца, а з яго насосам N падаецца назад у кацёл.
Асноўнымі частка.мі ўсякай парасілавой устаноўкі з’яўляюцца: награвальнік (кацёл з топкай), цыліндр з рабочым рэчывам (парай) і халадзільнік (кандэнсатар). Практыка паказала, што любы цеплавы рухавік можа працаваць толькі пры наяўнасці ўсіх гэтых частак.
Асаблівасць работы цеплавых рухавікоў заключаецца ў тым, што частка энергіі, якую атрымлівае рабочае рэчыва ад награвальніка, абавязкова аддаецца халадзільніку (кандэнсатару).
14*
19)
Няхай рабочае цела атрымала ад награвальніка колькасць цеплыні ў Q, калорыіі Частка гэтай колькасці цеплыні ў рухавіку ператвараецца ў механічную эпергію, а астатняя частка, няхай гэта будзе Q2 калорый, пераходзіць ад рабочага цела да халадзільніка. Гэты працэс схематычна паказан на рыс. 194: работа выконваецца
толькі за лік рознасці энергіі Qj—Q2,
У кожным цеплавым рухавіку не ўся колькасць цеплыні, атрыманая рабочым целам ад награвальніка, пе
Рыс. 194. Схема працэсу ператвар^ння жргіі ў цеплавым рухавіку.
ратвараецца ў механічную энергію. Частка колькасці цеплыні абавязкова паглынаецца халадзільнікам. У гэтым заключаецца важнейшая асаблівасць работы цеплавога рухавіка.
У § 76 было паказана, што механічная энергія рухаючыхся цел пры ўсіх ператварэннях поўнасцю пераходзіць ва ўнутраную энергію.
Інакш абстаіць справа, калі, наадварот, унутраная энергія цела ператвараецца ў механічную энергію. Практыка паказала, напрыклад, што ўнутраная энергія газу або пары толькі часткова ператвараецца ў энергію руху механізмаў.
Прычыну гэтага няцяжка зразумець, калі ўсгюмпіць, што ўнутраная энергія цел складаецца з кінетычнай і патэнцыяльнай энергіі атамаў і малекул, якія знаходзяцца ў стане хаатычнага руху.
Што трэба для таго, каб зрабіць поўнае ператварэнне ўнутранай энергіі порцыі пары ў кінетычную энергію руху поршня паравой машыны? Для гэтага многія мільярды малекул, якія бязладна рухаюцца, павінны былі б дружна падляцець да поршня і перадаць яму ўвесь
свой запас кінетычнай энергіі.
Нават калі б такі працэс быў магчымы, то ўсё роўна пры гэтым захаваецца частка ўнутранай энергіі пары ў выглядзе патэнцыяльнай энергіі ўзаемадзеяння малекул.
Такім чынам, унутраная энергія цел не можа поўнасцю пераходзіць у механічную энергію руху механізмаў. Гэты вывад мае велізарнае практычнае значэнне, таму што ён звязан з праблемай павышэння каэфіцыента карыснага дзеяння машын.
126. Каэфіцыент карыснага дзеяння цеплавых рухавікоў. Пры будове цеплавых рухавікоў важна перш за ўсё дабіцца, каб як мага большая колькасць энергіі згараемага паліва ператваралася ў меха
492
нічную энергію, інакш кажучы, пры мінімальнай затраце паліва атрымлівалася максімальная работа. Тады рухавік будзе эканамічным. Ведаючы колькасць цеплыні Qv перададзеную рабочаму целу ад награвальніка, і колькасць цеплыні Qj — Q2, ператвораную ў механічную энергію, можна ацаніць ступень эканамічнасці гэтага працэсу ператварэння.
Адносіна колькасці цеплыні, ператворанай машынай у механічную энергію, да колькасці цеплыні, атрыманай ад награвальніка, называецца каэфіцьіентам карыснага дзеяння цеплавой машыны (к. к. дз.).
К. к. дз. машыны прынята абазначаць літарай т; (грэч. «эта»):
Qi — Qi
1 ~ <21 •
Вывучаючы ўмовы атрымання работы за кошт унутранай энергіі пары ў паравых машынах, Карно ў 1824 г. устанавіў, што каэфіцыент карыснага дзеяння любога рэальнага цеплавога рухавіка не можа перавышаць велічыні ^^^, дзе Tj — абсалютная тэмпература награвальніка, а Тг — абсалютная тэмпература халадзільніка. Чым бліжэй к. к. дз. рухавіка да гэтай велічыні, тым ён больш дасканалы. Гэты вывад добра апраўдваецца на практыцы.
Адсюль вынікае, што для павышэння каэфіцыента карыснага дзеяння цеплавога рухавіка трэба павялічыць тэмпературу награвальніка і панізіць тэмпературу халадзільніка.
П р ы к л а д. Пара ўваходзіць у цыліндр паравой машыны пры тэмпературы 200 С, г. зн. пры тэмпературы 473'К, а выходзіць пры тэмпературы 100°С, або 373°К
Каэфіцыент карыснага дзеяння такой машыны не можа быць больш за велічыню:
IZ^^^lo/o.
К к. дз. цеплавых рухавікоў паогул невялікі.
127. Паравая машына. У паравой машыне энергія пары непасрэдна пераўтвараецца ў энергію руху поршня.
На рыс. 195 паказана схема будовы аднацыліндравай паравой машыны. Пара з паравога катла па трубе А паступае ў параразмеркавальную каробку В, а адтуль у рабочы цыліндр С — папераменна то з аднаго, то з другога боку поршня. Размеркаванне пары робіцца пры дапамозе залатніка Z1.
КНІГІ ОНЛАЙН
