title: Презентация на тему: Тепловидение

text:
Тепловидение

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Тепловидение, как область применения законов теплового излучения
2. Основные понятия и определения теории излучения. Закон Кирхгофа
3. Классические законы теплового излучения
4. Устройство тепловизоров
5. Области  применения  методов  тепловидения
6. Применение  тепловидения  в  медицине
7. Некоторые  применения  тепловизионных  устройств  в  промышленности
Тепловидение,
как область определения
законов излучения
Тепловидение можно назвать универсальным способом получения различной информации об окружающем нас мире. Как известно, тепловое излучение имеет любое тело, температура которого отлична от абсолютного нуля. Кроме того, подавляющее большинство процессов преобразования энергии (а к ним относятся все известные процессы) протекает с выделением или поглощением тепла. Так как средняя температура на Земле не высока, большинство процессов проходят с малым удельным выделением тепла и при небольших температурах. Соответственно и максимум энергии излучения таких процессов попадает в инфракрасный микроволновый диапазон. Инфракрасное  излучение  невидимо  для  человеческого  глаза, но  может  быть  обнаружено  различными  приемниками  теплового  излучения  и  тем  или  иным  способом  преобразовано  в  видимое  изображение
Тепловидение – это научно-техническое направление, изучающее физические основы, методы и приборы (тепловизоры), обеспечивающие возможность наблюдения слабонагретых объектов.

 Основные понятия и определения теории излучения. Закон   Кирхгофа
Тепловым излучением называется электромагнитное излучение, испускаемое телом за счет его внутренней энергии.
	Излучение характеризуется длиной волны λ и частотой  ω. Эти величины связаны:  λ=2πс/ω.
При изучении законов теплового излучения используют модельную систему, в которой	распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны (или частоты). Такое состояние системы «тело – излучение» называется  равновесным.
	Энергетической светимостью тела R называется поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела по всем направлениям.
         Введем такие характеристики излучения, как
r (ω,Т) – испускательная способность тела,
а (ω,Т) – поглощательная способность тела.
В 1860 г. Густав Кирхгоф, один из первых исследователей теплового излучения, сумел доказать, что отношение испускательной и поглощательной способностей тела не зависит от его природы, а является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией частоты и температуры.
                    r/а	=  f (ω,Т)
                или    (r/а)1  = (r/а)2 = (r/а)n = f (ω,Т)
Одно из основных понятий теплового излучения – абсолютно черное тело. Т.е. тело, которое поглощает всю, падающую на него энергию, ни сколько энергии не отражает, а только излучает. Теоретическое объяснение законов излучения абсолютно черного тела имело огромное значение в истории физики – именно оно привело к понятию о  квантах энергии.
Модель абсолютно черного тела
Абсолютно черных тел в природе не существует. Есть вещества (например, сажа или платиновая чернь),  поглощательная способность которых близка к единице, но только в некоторых частотах. Однако можно создать устройство, сколь угодно близкое по своим свойствам к абсолютно черному телу. Это почти замкнутая полость с маленьким отверстием. Излучение, проникшее внутрь через отверстие, прежде чем выйти обратно, претерпевает многократные отражения. При каждом отражении часть энергии поглощается, в результате чего почти все излучение любой частоты поглощается такой полостью.

Из  рисунка  следует, что энергетическая  светимость  абсолютно  черного  тела  сильно  возрастает  с  температурой. максимум  испускательной  способности  с  увеличением  температуры  сдвигается  в  сторону  более  коротких  волн.
Таким образом, по закону Кирхгофа функция частоты и температуры  f(ω,Т) есть не что иное, как испускательная способность абсолютно черного тела (r черн.тела.).
r/а = f(ω,Т)	    а черн.тела.≡1     r черн.тела.= f(ω,Т)

Вин также занимался поиском функции спектрального распределения f(ω,Т) и нашел, что она должна иметь следующий вид:          f(ω,T) = ω³F(ω/Т), где F – некоторая  функция отношения частоты к температуре. Как будет показано ниже, эта формула справедлива только для больших частот.
Введем понятие  плотности равновесного теплового излучения (u), т.е. энергии, испускаемой в данном интервале частот (от ω до ω+dω).
	d u (ω,T)= f(ω,T) ·d ω
	Рэлей и Джинс сделали попытку определить зависимость плотности излучения u от ω и Т, исходя из теоремы классической статистики о равнораспределении энергии по степеням свободы. Они предположили, что на каждое электромагнитное колебание приходится в среднем энергия, равная kТ:  kТ/2 на электрическую и kТ/2 на магнитную энергию волны.

Они получили:

	Эта формула удовлетворительно соглашается с экспериментом только в области малых частот (инфракрасном спектре) и резко расходится в ультрафиолетовом спектре. Из их формулы следовало, что вследствие теплообмена каждое тело должно отдать всю свою энергию излучению и охладиться до абсолютного нуля. Этот вывод был назван ультрафиолетовой катастрофой.

Исследование равновесного теплового излучения и поиск универсальной функции f(ω,Т)  выступил на первый план в работах физиков конца XIX века.
	К этим исследованиям относятся работы Стефана и Больцмана, Рэлея и Джинса, Вина (классическая теория излучения) и Планка (квантовая).
	В 1879 г. Йозеф Стефан, основываясь на экспериментах, решил, что энергетическая светимость любого тела пропорциональна четвертой степени температуры. Однако через несколько лет Больцман доказал, что это утверждение справедливо только для абсолютно черных тел. Найденная ими зависимость получила названия закона Стефана-Больцмана.
	R ч.т.= ∫ f(ω,T)·dω = σ·Т4 ,где  σ экспериментально  найденная константа.
σ = 5,670·10-8 (Вт/м²·К)
Вилли Вин нашел зависимость температуры абсолютно черного тела от максимума спектра излучения (λ max). Оказалось, что с повышением температуры возрастает общая энергия излучения, а максимум спектра излучения смещается в область меньших длин волн (высоких частот).
	Т·λ max= const
(const = 2,898 10 м·К – экспериментальное значение)
	Этот закон называют законом смещения Вина.
Классические законы теплового излучения
 Кривые зависимости испускательной способности φ(λ) абсолютно черного тела от длины волны. Сплошная кривая получена экспериментально, штриховая кривая построена по формуле Рэлея-Джинса. Из графика видно, что при λ→0 (ω→∞) r(ω,T)→∞.

С точки зрения классической теории излучения вывод формулы Рэлея-Джинса безупречен. Поэтому расхождение этой формулы с опытом указывало на существование каких-то закономерностей, несовместимых с представлениями классической физики.

Устройство тепловизоров
Инфракрасное излучение является низкоэнергетическим и для глаза человека невидимо, поэтому для его изучения созданы специальные приборы - тепловизоры (термографы), позволяющие улавливать это излучение, измерять его и превращать его в видимую для глаза картину. Тепловизоры относятся к оптико-электронным приборам пассивного типа. В них невидимое глазом человека излучение переходит в электрический сигнал, который подвергается усилению и автоматической обработке, а затем преобразуется в видимое изображение теплового поля объекта для его визуальной и количественной оценки.
Диапазон инфракрасного излучения делится на несколько фрагментов :

Первые  тепловизионные  системы  были  созданы  в  конце  30-х  гг. 20  в.  и  частично  применялись  в  период  2-й  мировой  войны  для  обнаружения военных  и  промышленных  объектов.
Общий принцип устройства всех тепловизоров следующий:

Области  применения  методов  тепловидения
Тепловидение нашло применение во многих сферах человеческой деятельности. Например, тепловизоры  применяются в целях военной разведки и охраны объектов. В ручной тепловизионный  ночной  визит человека можно увидеть в полной  темноте  на  расстоянии  300  м.  Объекты  обычной  военной техники видны  на расстоянии  2-3 км. На сегодняшний день созданы видеокамеры данного микроволнового диапазона с выводом изображения на экран компьютера, чувствительностью (разрешаемой способностью разницы температур отдельных участков поверхности) в несколько сотых градуса.  Это значит, что если вы при входе в свою  парадную взялись за ручку двери, чтобы открыть ее, то ваш тепловой отпечаток будет виден на этой ручке  целых полчаса.  Даже дома при выключенном свете вы будете светить как маяк даже через занавеску.  В метро можно спокойно отличить людей, которые только  что  вошли. А наличие насморка у человека и   занимался ли он чем-нибудь интересным до этого  можно наблюдать на расстоянии в несколько сотен  метров.  О распознавании  недавно выключенной  машины или  о  том,  кто и когда сидел на данном кресле  даже  нечего  и  говорить.
Перспективно использование тепловизоров для нахождения дефектов в различных установках.  Естественно, когда в какой-нибудь установке или узле  наблюдается  повышение или  понижение тепловыделения  при каком-нибудь процессе в местах, где этого не должно быть, или  тепловыделение (теплопоглощение) в подобных узлах сильно различается, то  неполадку  можно  своевременно  исправить.  Иногда некоторые дефекты  можно заметить только с помощью тепловизора. Например, на мостах  и тяжелых опорных конструкциях при старении металла или нерасчетных деформациях начинает выделяться  больше энергии, чем должно. Появляется возможность диагностировать состояние объекта, не нарушая его целостности, хотя могут возникнуть  трудности, связанные с  не очень высокой точностью, вызванной   промежуточными конструкциями.
Таким образом, тепловизор  можно использовать как оперативный и, пожалуй, единственный контроллер состояния безопасности многих объектов и предотвращать катастрофы. Проверка  функционирования  дымоходов, вентиляции, процессов тепло-  и  массообмена, атмосферных  явлений   становиться  на  порядки  удобнее, проще, информативнее.
Широкое применение тепловидение нашло в медицине.

Применение  тепловидения  в  медицине
В современной медицине тепловизионное обследование представляет мощный диагностический метод, позволяющий выявлять такие патологии, которые плохо поддаются контролю другими способами. Тепловизионное обследование служит для диагностики на ранних стадиях (до рентгенологических проявлений, а в некоторых случаях задолго до появления жалоб больного) следующих заболеваний: воспаление и опухоли молочных желез, органов гинекологической сферы, кожи, лимфоузлов, ЛОР-заболевания, поражения нервов и сосудов конечностей, варикозное расширение вен; воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта, печени, почек; остеохондроз и опухоли позвоночника. Как абсолютно безвредный прибор тепловизор эффективно применяется в акушерстве и педиатрии.
У здорового человека  распределение  температур  симметрично относительно средней линии тела. Нарушение этой симметрии  и  служит основным критерием тепловизионной диагностики заболеваний. По участкам тела с аномально высокой или низкой температурой можно распознать симптомы более 150 болезней на самых ранних стадиях их возникновения.
Термография — метод  функциональной  диагностики, основанный на регистрации инфракрасного излучения человеческого тела, пропорционального его температуре. Распределение и  интенсивность теплового излучения в  норме  определяются  особенностью физиологических процессов, происходящих  в  организме, в  частности как в поверхностных, так и в глубоких органах. Различные  патологические состояния характеризуются  термоасимметрией  и  наличием температурного градиента между зоной повышенного или  пониженного излучения и симметричным участком тела, что отражается на  термографической картине. Этот факт имеет немаловажное диагностическое и прогностическое  значение, о  чем  свидетельствуют  многочисленные клинические исследования.

                                                                  Телетермография основана на преобразовании   инфракрасного  излучения тела человека в электрический  сигнал, который  визуализируется на экране тепловизора.

Контактная холестерическая термография опирается на оптические свойства холестерических жидких кристаллов, которые проявляются изменением окраски в радужные цвета при нанесении их  на  термоизлучающие поверхности. Наиболее  холодным  участкам   соответствует красный  цвет, наиболее  горячим—синий. Нанесенные  на  кожу композиции  жидких  кристаллов, обладая  термочувствительностью  в пределах 0.001 С, реагируют на тепловой  поток  путем  перестройки молекулярной структуры.
После рассмотрения  различных  методов  тепловидения  встает вопрос о способах интерпретации термографического изображения. Существуют визуальный и количественный способы оценки  тепловизионной картины.
Визуальная (качественная) оценка термографии позволяет определить расположение, размеры, форму и структуру очагов  повышенного излучения, а также ориентировочно оценивать величину  инфракрасной радиации. Однако при визуальной оценке невозможно  точное  измерение температуры. Кроме того, сам  подъем  кажущейся  температуры в термографе оказывается зависимым от скорости развертки и  величины поля. Затруднения для клинической оценки результатов  термографии заключаются в том, что подъем температуры на небольшом по площади участке оказывается малозаметным. В результате  небольшой  по размерам патологический очаг может не обнаруживаться.
Радиометрический подход весьма перспективен. Он  предполагает  использование самой современной техники и может найти применение  для  проведения массового профилактического  обследования, получения  количественной информации о патологических процессах в исследуемых участках, а также для оценки эффективности термографии.
Выделяют два основных вида термографии:
1.Контактная холестерическая термография.
2.Телетермография
состояние  дымовых  труб  и  газоходов
состояние  статоров  генераторов
проверка  маслонаполненного  оборудования
теплоизоляция  турбин, паро- и  трубопроводов
обнаружение  мест  присосов  холодного  воздуха
контроль  состояния  теплотрасс
Энергетика

Нефтегазовый
 комплекс

проверка  состояния  электрооборудования
контроль  технологических  линий
поиск  энергопотерь
обнаружение  утечек  из  газопроводов
предотвращение  пожаров
Химическая
 промышленность

проверка  герметичности  и  изоляции  емкостей   для  хранения  различных  жидкостей  и  газов
Машиностроение

контроль  подшипников, зубчатых  передач, валов, муфт  и  т. д.
обнаружение  несосности  оборудования
контроль  температурных  режимов  сварки
термоэластический  анализ  напряжений
Автомобильная  промышленность

проектирование  климатических  систем  автомобиля
контроль  за  ультразвуковой  сваркой    амортизаторов
разработка  и  проверка  дисковых  тормозов
контроль  теплообменных  процессов  в  радиаторах, двигателях  и  выхлопных  системах
Некоторые  применения  тепловизионных  устройств  в  промышленности
Тепловидение является самым быстрым и простым способом для обнаружения возможных неисправностей, применяемым в профилактическом техобслуживании промышленного оборудования, управлении предприятиями, мониторинге производственных процес
тепловидение позволяет выявлять раннее поражение сосудов
Тепловизор
Тепловидение имеет широкую область применения в : видеонаблюдении, промышленной безопасности, траспортной безопасности, пожарной безопасности, а также для: правоохранительных органов, для служб общественной
Спасибо за внимание
Работу выполнила:
Габдуллина
    Альбина


title: Презентация на тему: Тепловидение

text:
900igr.net

0.76-1.5
1.5-5.5
5.6-25
25-100


Презентация на тему: Тепловое действие тока


title: Презентация на тему: Тепловизор

text:
Тепловизор
Выполнила: Хуснутдинова Алина, И-204
900igr.net
Тепловизор — устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее (или в памяти) тепловизора как цветовое поле, где определённой температуре соответствует определённый цвет. Как правило, на дисплее отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности. Типовое разрешение современных тепловизоров — 0,1 °C

Изображение собаки, сделанное тепловизором.
В наиболее бюджетных моделях тепловизоров, информация записывается в память устройства и может быть считана через интерфейс подключения к компьютеру. Такие тепловизоры обычно применяют в паре с ноутбуком или персональным компьютером и программным обеспечением, позволяющим принимать данные с тепловизора в режиме реального времени.

Различают наблюдательные и измерительные тепловизоры. Первые просто делают изображение в инфракрасных лучах видимым в той или иной цветовой шкале. Измерительные тепловизоры, кроме того, присваивают значению цифрового сигнала каждого пиксела соответствующую ему температуру, в результате чего получается картина распределения температур.

История создания
Первые тепловизоры созданы в 30-х гг. 20 в. Принцип действия тепловизора основан на преобразовании инфракрасного излучения в электрический сигнал, который усиливается и воспроизводится на экране индикатора.

Современные тепловизорные системы начали свое развитие в 60-е годы прошлого столетия, в качестве одноэлементных приемников, изображение в которых строилось посредством точечного смещения оптической аппаратуры. Такие устройства были крайне непроизводительны и позволяли наблюдать за происходящими в объекте температурными изменениями с очень низкой скоростью.

С развитием полупроводниковой техники и появлением фотодиодных ячеек ПЗС, позволяющих хранить принятый световой сигнал, стало возможным создание современных тепловизоров на основе матрицы ПЗС датчиков, сигналы с которых, если говорить упрощённо, расшифровываются дешифратором, обрабатываются в центральном процессоре устройства, выстраиваясь в определенную последовательность, которая затем проецируется на ЖК матрицу в виде распределения температур, обозначенных различными цветами видимой части спектра. Данный принцип построения изображений позволил создать портативные устройства, с высокой скоростью обработки информации, которые позволяют вести контроль за изменением температур в режиме реального времени.

Наиболее перспективным направлением развития современных тепловизоров является применение технологии неохлаждаемых болометров, основанной на сверхточном определении изменения сопротивления тонких пластинок, под действием теплового излучения всего спектрального диапазона. Данная технология активно применяется во всем мире для создания тепловизоров нового поколения, отвечающих самым высоким требованиям по мобильности и безопасности использования. В России производство портативных тепловизоров по технологии неохлаждаемых болометров освоено в 2007 году в ЦНИИ "Циклон".
Проблемы производства.
Тепловизор является дорогостоящим прибором. Его основные элементы — матрица и объектив составляют около 90 % общей стоимости. Матрицы весьма сложны в производстве, но со временем, по заверениям экспертов, их цена может снизиться. С объективами ситуация сложнее: для создания объективов применяются редкие и дорогие материалы (например, германий). В наши дни активно ведутся поиски более дешёвых материалов.
Классификация
Стационарные

Предназначены для применения на промышленных предприятиях для контроля за технологическими процессами в температурном диапазоне от −40 до +2000 °C. Такие тепловизоры, зачастую имеют азотное охлаждение, для того, чтобы обеспечить нормальное функционирование приемной аппаратуры. Основу таких систем составляют, как правило, тепловизоры третьего поколения, собранные на матрицах полупроводниковых фотоприемников.
Переносные.
Новейшие разработки в области применения тепловизоров на базе неохлаждаемых микроболометров из кремния, позволило отказаться от использования дорогостоящей и громоздкой охлаждающей аппаратуры. Эти приборы обладают всеми достоинствами своих предшественников, таких как малый шаг измеряемой температуры (0,1 °C), при этом позволяют применять тепловизоры в сложных оценочных работах, когда простота использования и портативность играют очень большую роль. Большинство портативных тепловизоров имеют возможность подключения к стационарным компьютерам или ноутбукам для оперативной обработки поступающих данных.

Стационарный тепловизор
Переносной тепловизор
Назначение

Тепловизоры применяют во всех отраслях промышленности, где необходимо обеспечить качественный контроль за технологическими процессами производства. Они позволяют оперативно и своевременно отслеживать тепловые изменения, происходящие в отдельно взятых частях машин или механизме в целом. При этом, повышение температуры может быть расценено, как знак к возрастанию нагрузки, после чего может быть принято решение об остановке эксплуатации устройства.

Тепловизор должен входить в стандартный набор инструментов технических инженеров, осуществляющих тепловой контроль на предприятиях. Специально для этих целей были разработаны портативные высокопроизводительные тепловизоры, которые позволяют с высокой степенью точности оценивать изменения температуры объекта в режиме реального времени. Небольшие размеры и вес подобных устройств позволяют применять их на выездных мероприятиях, когда доступ к стационарному оборудованию затруднен.
Кирпичный фасад (тепловизионный снимок)
Применение тепловизоров в медицине

Разработки тепловизоров для медицины были начаты в СССР в НПП «Исток» (г. Фрязино Московской обл.) в 1968 году. В 1980-е годы были разработаны методы применения тепловизоров для диагностики различных заболеваний. Выпускаемый в те годы отечественной промышленностью тепловизор ТВ-03 имел широкое применение в различных лечебно-профилактических учреждениях. ТВ-03 был первым тепловизором, нашедшим применение в нейрохирургии.

С 2008—2009 гг. тепловизоры начали также активно использовать для выделения из толпы лиц инфицированных вирусом гриппа.


title: Презентация на тему: ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

text:
ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСВ  ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСВ ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

Тема №12

Особенности процессов
гидродинамики и теплообмена
в активных зонах реакторов
Методы
теплофизического расчёта
стержневых ТВС
03
04
05
	Термогидродинамический расчёт ТВС проводится с целью определения параметров потока теплоносителя, охлаждающего сборку.

	На рисунках 1 и 2 представлены тепловыделяющие сборки ректоров ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, соответственно.

	Широкий спектр задач теплогидравлических расчётов стержневых тепловыделяющих сборок решается с помощью методов, основанных на субканальном приближении.

	Идея его сводится к следующему. Пространство сборки (рисунок 3), занятое теплоносителем, представляет собой многосвязную область, которую можно рассматривать как совокупность взаимосвязанных субканалов сложной формы.
	Субканалом называем часть занятого теплоносителем пространства сборки.
06
07
08
Рисунок 3 – Поперечные сечения сборок стержней с квадратной (А) и гексагональной (Б) решётками
09
10
11

12
13
Исходная (а) и трансформированная (рассчитываемая) (б) области в методе согласованного с формой границы преобразования координат
14
Пример дискретизации пучка стержней в методе, основанном на приближении пористого тела
15
	При выборе способа дискретизации межстержневого пространства пучка на субканалы следует руководствоваться следующими соображениями:
	1) взаимодействие через границы между субканалами должно быть минимальным;
	2) должна быть возможной разумная аппроксимация функций, описывающих характеристики теплоносителя внутри субканала.

	Заметим, что пучки твэлов являются гидравлически "тесными": относительный шаг t решётки стержней, определяемый как отношение расстояния s между центрами соседних стержней (шага решётки) к диаметру d стержня, много меньше 2,0, т.е.:

                                                                                (1.1)

	Как правило, t≤1.4.
	Для ТВС реакторов на быстрых нейтрона, t≤1.2. Шаг решётки в сборках активной зоны меньше, чем в сборках зоны воспроизводства.
	Применительно к таким пучкам стержней вышеуказанным условиям соответствует разбиение на субканалы, совпадающие в поперечном сечении с межтвэльными ячейками  (рисунок 4).

16
	Таким образом, субканал – часть занятого теплоносителем  пространства сборки,  ограниченная  (рисунки 5а, 5б и 6а и 6б)  или поверхностями смежных твэлов и воображаемыми плоскостями, проходящими через оси этих стержней (центральный субканал), или внутренней поверхностью обечайки, поверхностями смежных твэлов периферийного ряда и воображаемыми плоскостями, проходящими через оси этих стержней перпендикулярно обечайке (боковой субканал), или внутренней поверхностью обечайки, поверхностью твэла периферийного ряда и воображаемыми плоскостями, проходящими через оси стержней перпендикулярно смежным граням обечайки (угловой субканал).
17
Рисунок 4 –
К определению термина "меж-твэльная ячейка»
18
Рисунок 5а – Фрагмент из участков трёх твэлов, расположенных в гексагональной упаковке, и заключённого между ними субканала
19

Рисунок 5б – Фрагмент из участков трёх твэлов, расположенных в гексагональной упаковке, и заключённого между ними субканала
20
Рисунок 6а – Центральная, боковая и угловая межтвэльные ячейки
21
22
Рисунок 6б – Центральная, боковая и угловая межтвэльные ячейки
23
	Такой подход вполне корректен, если ограничиваться

	● расчётом параметров потока, усредненных по поперечному сечению субканала,
	и
	● полагать, что перетечки теплоносителя через межстержневые зазоры намного меньше расхода через поперечное сечение субканала.

	Первое обстоятельство требует предположить неизменность в пределах поперечного сечения субканала всех термодинамических параметров потока, в том числе и давления (погранслойное приближение).
24
	Второе условие, с учётом сделанного выше предположения о неизменности плотности теплоносителя в пределах элементарной ячейки, справедливо лишь, если аксиальная составляющая скорости потока существенно превосходит поперечные.
	Это позволяет, в свою очередь, провести разделение переменных в уравнении движения и рассматривать отдельно уравнения баланса продольной и поперечных составляющих импульса.
	Как следствие, существенно упрощается решение задачи. Необходимо отметить, что для аксиальной и поперечной составляющих импульса  приходится использовать различные контрольные объёмы (рисунок 7).
25
Рисунок 7 – Поперечные сечения контрольных объёмов, используемых при решении субканальных уравнений баланса массы, энергии и аксиальной составляющей импульса (a) и поперечных составляющих импульса (b)
26
	Между субканалами происходит обмен массой, импульсом и энергией – так называемое "межканальное перемешивание".

	Перемешивание обусловлено различными факторами конструктивного и режимного характера (рисунок 8).
27
28
	По полноте и точности описания процессов гидродинамики и тепломассообмена  субканальные коды можно классифицировать на основании анализа реализованных в них математических моделей.

	Причину этого легко понять, рассмотрев рисунок 9, на котором представлена схема разработки программы для ЭВМ, реализующей некоторую математическую модель.

	Как видно, при разработке кода могут возникнуть обстоятельства, ограничивающие, в сравнении с используемой моделью, область применения. С другой стороны, использование некоторых дополнительных математических процедур или моделей, применение более совершенных численных схем и алгоритмов, использование более прогрессивных языков программирования, учёт возможностей новых трансляторов и операционных систем способны значительно расширить диапазон решаемых с помощью данной программы задач, при этом реализуемая в ней модель не претерпит никаких изменений.
29
Рисунок 9 – Этапы разработки компьютерного кода, реализующего выбранную математическую модель
30
	Математические модели теплогидравлических процессов в пучках стержней будем классифицировать согласно схеме, представленной на рисунке 10.

	Пучки твэлов можно разделить по способу дистанционирования.

	В ТВС водоводяных реакторов (ВВЭР, PWR, BWR) в качестве дистанционирующих элементов обычно используют решётки, расположенные перпендикулярно пучку.
	В этом случае твэльную сборку рассматривают как решётку стержней с дополнительными местными сопротивлениями, а для многофазного теплоносителя ещё и дополнительными поверхностями осаждения и конденсации.
31
Рисунок 10 – Схема классификации субканальных моделей
32
	В топливных сборках реакторов на быстрых нейтронах (БН, LMFBR) твэлы дистанционируются, как правило, спиральными проволочными навивками (реже – спиральными рёбрами). Корректное описание течения теплоносителя в областях с такой геометрией – сложная задача. Наличие же спиральной навивки – главный фактор, влияющий на распределение параметров теплоносителя.

	Математическая модель разрабатывается для исследования конкретного типа сборки. Это объясняется хотя бы тем, что кроме решаемых уравнений модель включает в себя, в частности, соотношения, описывающие теплофизические свойства теплоносителя.
	Очевидно, что изначально следует разделить модели на два класса: пучки со стержнями без навивки и пучки с твэлами с навивкой.
33
	Количество "комплектов" решаемых уравнений сохранения зависит от того, рассматривается ли теплоноситель как одна фаза (жидкость) или же как многофазная (многожидкостная) среда. 	Поэтому в рамках каждого из выбранных классов выделим семейства "одножидкостных" и "многожидкостных" моделей.

	В названных семействах следует определить по два рода моделей.

	"Одножидкостные" модели описывают процессы в однофазном теплоносителе или/и в двухфазном, рассматриваемом как гомогенная среда.

	Модели "многожидкостные" используют одно из приближений:
	1) "дрейф фаз"  ("скорость дрейфа" );
	2) "раздельное течение фаз". 	Каждую же из групп "одножидкостного" семейства классифицируем по типу решаемых систем уравнений на стационарные и нестационарные.

	Стационарные модели разделим на три группы:
	1) использующие приближение «изобарного сечения» и коэффициенты межканального перемешивания,
	2) использующие приближение «изобарного сечения»,
	3) свободные от перечисленных ограничений и включающие в себя уравнение баланса поперечных составляющих импульса.
34
	Коэффициент межканального перемешивания субстанцией Ψ между субканалом i и смежным с ним субканалом j определим, аналогично [17, 18], как отношение поперечного потока субстанции Ψ через имеющий единичную длину участок межстержневого зазора к потоку субстанции Ψ в осевом направлении через поперечное сечение субканала i , а именно

где     ‒ коэффициент межканального перемешивания субстанцией Ψ между субканалом i и смежным с ним субканалом j;
           ‒ поперечный поток субстанции Ψ через имеющий единичную длину

участок межстержневого зазора;    ‒ поток субстанции Ψ в осевом направлении через поперечное сечение субканала i.
	Вопросу корректного определения коэффициентов межканального перемешивания на основе обработки данных натурных экспериментов уделено большое внимание в работах Физико-энергетического института (ГНЦ "ФЭИ", г. Обнинск, Россия) [18‒29].

35
Основные тенденции в развитии субканальных моделей

	Cуществует большое количество субканальных моделей.
	Это разнообразие объясняется, с одной стороны, тем, что работы выполнялись в различное время, и по мере того, как совершенствовались знания закономерностей течения и теплообмена в ТВС, математические методы и вычислительная техника, появлялись новые улучшенные модели для решения одних и тех же задач применительно к одним и тем же техническим системам.
	Другая причина – в различных исследовательских центрах разных стран решались аналогичные друг другу задачи. Однако следует заметить, что такое дублирование работ на самом деле является кажущимся. Дело в том, что самостоятельное решение задачи – это, по сути, независимая проверка результатов, полученных исследователями в другой лаборатории, что является необходимым условием при принятии решения о справедливости или ошибочности того либо иного научного результата. Следует отметить, что множество моделей существенно меньше множества реализующих их компьютерных кодов. Причину этого легко понять, рассмотрев рисунок 9.
36
	Очевидно, что даже при анализе одного типа аппаратов допустимо иметь набор математических моделей различной степени сложности (и, следовательно, диапазона применимости), чтобы избежать необходимости исследовать достаточно простые процессы с помощью сложных моделей.

	Необходимо также не забывать, что математическая модель – это не только система решаемых уравнений, а совокупность названной системы, замыкающих соотношений, начальных и граничных условий. Предсказательная способность модели во многом определяется точностью используемых в ней замыкающих соотношений. По мере их совершенствования модернизируются и ранее сделанные разработки.

	Чтобы иметь возможность исследовать весь диапазон режимов работы и аварийных ситуаций в ТВС водоохлаждаемого реактора необходима многожидкостная модель в приближении раздельного течения фаз ("1222"). Компьютерные коды такого класса активно разрабатываются исследователями из разных стран.

	Основные усилия направлены на совершенствование соотношений, описывающих процессы гидродинамики и тепломассообмена на границах раздела фаз. Большое внимание уделяется разработке моделей конструкционных элементов, присутствующих в ТВС (например, дистанционирующих решёток) и существенно влияющих на гидродинамические характеристики потока.
37
38
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА
В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ РЕАКТОРА

ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ
39
	В переходных процессах наибольшие деформации поля энерговыделения возникают при умеренном снижении мощности (40÷50%) и последующем восстановлении до номинальной.

	Пример такого распределения для ВВЭР-1000 показан на рисунке 2. Это довольно медленные процессы, в которых тепловые характеристики следуют за физическими параметрами реактора.
40
Рисунок 2 – Изменение распределения энерговыделенияв реакторе ВВЭР-1000 в режимах разной мощности:
                  1 – 100%;
                  2 – 0 ч, 50%;
                  3 – 4.62 ч, 50%; работа 5.3 ч на 50% мощности;
                  4 – 5.3 ч, 100%; 5 – 10.6 ч, 100%; 6 – 15.8ч, 100%.

                      ζ = Z/Н,    F(ζ) = q(ζ)/q.
41
Рисунок 3 – Изменение потока нейронов (Ф) и плотности теплового потока (q) в ВВЭР-440
при удалении одной ТВС за время 0.1 с
	При быстрых процессах принципиальным моментом является тот факт, что тепловые характеристики активной зоны изменяются медленнее, чем физические.
	Так, при выбросе из активной зоны одной ТВС мощность ВВЭР-440 возрастает в 15 раз за время 0.1 с, а тепловой поток увеличивается всего в 1.34 раза (рисунок 3).
42
43
	● Высокая температура,
	● низкая теплопроводность,
              ● достаточно высокая теплоёмкость
диоксида урана приводят к тому, что в топливе аккумулируется большое количество тепла.
	При аварийных остановах реактора, связанных с ухудшением теплоотвода, это тепло может повысить температуру оболочки твэла до недопустимого значения.
	При использовании металлического урана или керметного   топлива, обладающих более высокой теплопроводностью, чем диоксид урана, количество тепла, запасённое в твэле, значительно меньше, и температура оболочки твэла при отключении реактора оказывается в пределах допустимой.

 	Остаточное тепловыделение в реакторе после его останова обусловлено двумя процессами.
	● В начальные моменты времени (до 100 с) после останова продолжаются процессы деления на запаздывающих нейтронах.
	● В дальнейшем основной вклад вносит тепловыделение от распадающихся радиоактивных осколков деления. Периоды полураспада осколков составляют от нескольких секунд до тысяч лет, поэтому в остановленном реакторе и в отработавшем топливе после прекращения деления ядер будет выделяться энергия распада осколков. Это вызывает необходимость постоянного охлаждения реактора после останова, а также охлаждения отработавшего топлива в хранилищах.
44
Если реактор до выключения работал в течение времени τс на мощности N0  , то мощность остаточного тепловыделения N уменьшается по закону

В таблице показано, как с течением времени после останова спадает мощность остаточного тепловыделения.
45
	Приведенные в таблице значения мощности малы по сравнению с номинальными значениями. Но они значительны в абсолютных величинах.

	Так, в реакторе с электрической мощностью 1000 МВт, который долго работал на полной мощности, мощность остаточного тепловыделения через час после остановки составит 48 МВт, через сутки около 15 МВт, через год около 0,8 МВт.

	Отсюда следует необходимость постоянного охлаждения остановленного реактора.
46
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ

	Под термином "переходные процессы" подразумеваются процессы перехода элементов реактора с одного температурного уровня на другой.
	Расчёт (оценочный) большинства таких процессов, например, с уменьшением расхода, может быть выполнен на основе квазистационарных подходов.
	Для таких расчётов необходимо знать тепловой поток и расход в каждый момент времени. Коэффициенты теплообмена рассчитываются по зависимостям для соответствующего стационарного режима, что не приводит к большим ошибкам, так как изменения коэффициентов теплообмена обычно относительно невелики.
	Далее приведены выражения для оценки основных параметров таких процессов.
	Большинство твэлов ядерных реакторов имеют вид цилиндрических стержней. Распределение температуры в цилиндре с плотностью объёмных источников тепла qV [Вт/м3] имеет вид
47
Плотность теплового потока на поверхности:
Средняя по объёму температура цилиндра:
(1)
(2)

48
	Подставив (1) в (2), получим:
Среднее термическое сопротивление цилиндрического твэла без оболочки:
Уравнение теплового баланса для элемента с внутренним тепловыделением (для нестационарного процесса), усредненное по объему, запишем в виде:
(5)
(3)
(4)
49
50
С другой стороны, плотность теплового потока на поверхности цилиндрического твэла без оболочки можно выразить через термическое сопротивление:
Сопоставив эти два уравнения, получим
(6)
Подставив (6) в (5), получим
(7)

51
– постоянная времени, определяющая
   динамические характеристики
   цилиндрического твэла.
Можем записать τ0=τвн+τн , где стоящие в правой части слагаемые это, соответственно, постоянные времени для процессов внутри твэла и процессов теплообмена с теплоносителем («наружных процессов»):
(9)
(8)
52
Критериальное число Био – критерий краевого подобия, характеризующий связь между полем температур в твёрдом теле и условиями теплоотдачи на его поверхности, являясь мерой внутреннего и внешнего термического сопротивления (термического сопротивления стенки и термического сопротивления на границе стенки с потоком):

где L      – характерный размер.
53
54
	В чём физический смысл постоянной времени?
	Если начальное состояние твэла стационарное (то есть F(0)=1;  dt/dτ=0), то из (7) следует

	Пусть в момент τ=0 температура скачком увеличивается на Δtж.
	Температура твэла при этом будет изменяться по закону

55
	Аналогично, для мгновенного изменения энерговыделения на ΔF имеем

	Таким образом, τ0 есть постоянная экспоненты, описывающей изменение температуры твэла после скачкообразного изменения входных параметров (температуры теплоносителя или энерговыделения).

56
	Для линейного по времени изменения температуры теплоносителя Δtж=mτ изменение температуры твэла

	Максимальное отставание температуры твэла от температуры теплоносителя при τ→∞ составляет m·τ0, то есть это отставание равно изменению температуры теплоносителя за время τ0 (см. рисунок 6).

57
Рисунок 6 – Изменение средней температуры цилиндрического твэла без оболочки при линейном изменении температуры теплоносителя
58
Постоянную времени для тел любой формы можно записать в общем виде

                                                                                (10)

где V и F — объём и площадь поверхности теплообмена тела, RТ – суммарное термическое сопротивление переносу тепла от тела к теплоносителю, включающее среднее значение внутреннего термического сопротивления тела.

	Постоянная времени реального цилиндрического твэла, имеющего оболочку и газовый зазор между топливом и оболочкой, учитывает их термические сопротивления. Приближенное выражение имеет вид:

                                                                                (11)

59
Рисунок  7 –  Распределение
температуры в твэле с газовым зазором между топливом и оболочкой
60
	Рассмотрим теперь задачу охлаждения разогретой без учёта ее внутреннего тепловыделения.
	Пусть АЗ охлаждается жидкостью с расходом M и постоянной температурой t. 	Начальная температура топлива t0 , теплоёмкость топлива CT=VTρTcT; теплоёмкость теплоносителя Cж=Vρc=SHρc.
	Здесь VT ‒ объём топлива; S, H ‒ площадь проходного сечения и высота ТВС, соответственно.
	Из уравнения теплового баланса можно найти изменение температуры за интервал времени dτ:

                                     ‒(CT + Cж) dt = Mctdτ ,                                 (12)

Заметим, что Mc=wSρc=(wC)/H, поэтому выражение (12) может быть переписано в виде

                                                                                (12а)

где H/w=τтр ‒  время транспорта теплоносителя через активную зону.
	Выполнив интегрирование, получим

                                                                                (13)

61
	В качестве примера рассмотрим характерные времена запаздывания для ВВЭР-440.

	Основные параметры:

	объём топлива VT=4.5 м3;
	радиус топливной таблетки R=3.775 мм;
	высота топливного столба Н=2.5 м;
	объём теплоносителя V=7.56 м3;
	скорость теплоносителя w=3.4 м/с;
	коэффициент теплообмена αср=2260 Вт/(м2·К);

	свойства топлива:
		 ρТ=1·104 кг/м3; сТ=330 Дж/(кг·К); λТ=2.3 Вт/(м·К);

	свойства теплоносителя: ρ=750 кг/м3; с=5460 Дж/(кг·К).
62
	Время запаздывания ‒ τвн ‒ вследствие внутреннего термического сопротивления твэла можно оценить так:

	Время запаздывания, обусловленное наружным термическим сопротивлением (граница раздела «топливо‒теплоноситель»), можно оценить следующим образом:

	Общее время запаздывания

63
	Время прохода теплоносителя через активную зону:

τтр  = H/w = 2.5/3.4 ≈ 0.735 с.

	Теплоёмкость топлива:

CT  = cT ρT VT  = 330·104·4.5 = 1.485·107 Дж/К.

	Теплоёмкость теплоносителя:

C = cρV = 5460·750·7.56 ≈ 3.096·107 Дж/К.

	Отношение теплоёмкостей равно

(C+CT )/C = 1+CT /C = 1+1.485·107/3.096·107 ≈ 1.48.

	С учётом отношения теплоёмкостей время запаздывания получим такую оценку времени запаздывания:

τз = τтр·(C+CT)/C = 0.735·1.48 ≈ 1.09 с.
64
ТЕПЛОВЫЕ УДАРЫ И
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

	В переходных режимах температура в разных частях конструкционных элементов изменяется с разной скоростью.

	Резкие изменения температуры теплоносителя приводят к изменениям перепадов температуры в конструкциях, что вызывает возникновение термических напряжений, которые называют тепловыми ударами.

	Величина напряжений зависит от многих факторов:

скорости изменения температуры теплоносителя,
коэффициентов теплообмена,
теплофизических свойств материала конструкции,
толщины стенок
и др.
65
66
	При быстром снижении температуры теплоносителя внутренние слои трубы охлаждаются быстрее, чем наружные. 	Распределение температуры приобретает вид, показанный на рисунке 8.
	Если средняя температура стенки    , то слои, имеющие температуру выше средней, оказываются сжатыми, а ниже средней  растянутыми.
	Значение напряжений оценивается по формуле
(14)
где β ‒ коэффициент линейного расширения;
      Е ‒ модуль упругости;
      μ ‒ коэффициент Пуассона;

          ‒ средняя температура стенки:
67
(15)
	Максимальные напряжения возникают на поверхностях конструкционных элементов.
68
	Под термином "тепловой удар" понимается однократное изменение температуры поверхности.

	Однако в потоке теплоносителя существуют колебания температуры, которые необходимо учитывать, особенно при больших тепловых потоках.
	Колебания температуры (пульсации) оказывают влияние на коррозионные процессы, поскольку приводят к разрушению защитных пленок на поверхности и могут вызвать усталостные напряжения.
	Причинами пульсаций температуры могут быть: ●колебания мощности; ●турбулентные пульсации, которые определяются внутренней структурой потока; ●неустановившиеся конвективные течения, особенно в патрубках, тройниках и т.д. при наличии значительных градиентов температуры; ●смена режимов кипения (в месте кризиса, при переходе к пленочному кипению).
69
	Для определения температурных напряжений необходимо найти распределение температуры в стенке толщиной h, на одной из поверхностей которой задают пульсации температуры, на другой – теплообменс греющим теплоносителем при постоянном коэффициенте теплообмена.

	Термоупругие нестационарные напряжения на поверхности можно определить по известным соотношениям из теории упругости.
70
ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ ПРИ РАССЛОЕНИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

	В переходных, а особенно в аварийных режимах практически всегда наблюдается расслоение (стратификация) теплоносителя по плотности в зависимости от температуры.

	Разные температуры вызывают появление термогравитационных сил, которые изменяют картину течения и температурный режим потока.

	Разница температуры между горячей и холодной областями в переходных режимах практически всегда равна изменению температуры в переходных режимах установки и может достигать сотен градусов.
71
	Опасность стратифицированных течений – большой градиент температуры в узкой области, что может вызвать чрезмерные термические напряжения в конструкциях.

	Расслоение теплоносителя может происходить в верхней камере у реакторов различного типа (ВВЭР, БН) в режимах с уменьшением энерговыделения.

	Нагретые слои оказываются в верхней части камеры, более холодные – в нижней.

	Устойчивая стратификация препятствует развитию естественной конвекции.

	Между горячей и холодной областями имеется тонкий горизонтальный слой, в котором реализуется весь перепад температуры между верхней и нижней практически изотермическими областями (рисунок 9).

	Это обстоятельство необходимо учитывать при установке датчиков измерения температуры, иначе возможны грубые ошибки в оценке её уровней в переходных режимах.
72
Рисунок 9 –  Расслоение теплоносителя в верхней камере реактора:
1 – активная зона;
2 – уровень теплоносителя;
3 – граница горячей и холодной зон.
73
	Тепло, передаваемое через поверхность раздела между горячей и холодной областями, быстро размывается турбулентными вихрями, и градиент температуры на поверхности раздела практически не меняется во времени. 	Числом подобия, определяющим устойчивость стратифицированных течений, в которых силы плавучести играют главную роль, является число Ричардсона:
	При Ri > 0.5 граница раздела устойчива, при меньших Ri на поверхности раздела появляются колебания, амплитуда которых увеличивается с увеличением скорости.
(16)
74
Числами подобия, определяющими характер течений являются также числа Фруда и Рейнольдса:
	Другим примером расслоенных течений является режим подачи холодной воды в трубопровод одной из петли первого контура ВВЭР в аварийном режиме при утечке теплоносителя.
	Структура течения теплоносителя в этом случае состоит из двух встречных потоков (рисунок 10).
	Горячая жидкость распространяется на длину L в одну сторону, холодная течёт в другую.
75
76

Вопросы, выносимые на зачёт

1. Характер распределения температуры в цилиндрическом твэле
      с зазором между топливом и оболочкой (изобразить графически).

77
ДЗЯКУЙ
 ЗА  ЎВАГУ
THANK  FOR
 YOUR  ATTENTION
СПАСИБОЗА  ВНИМАНИЕ


title: Презентация на тему: Тепловое движение. Внутренняя энергия

text:
Тепловое движение. Внутренняя энергия.
Формулы, изученные в 7 классе:
27.08.2013
2
Движение и взаимодействие тел:

Работа и мощность:

Давление твердых тел, жидкостей и газов:

Температура – мера нагретости тела
Определение
Обозначение
Формула
Единица измерения
Прибор
Температура - …
t
Нет
◦С
Термометр
Тепловое движение
27.08.2013
4
Тепловое явление - …
Внутренняя энергия
	- сумма кинетических энергий молекул, из которых состоит тело и потенциальных энергий их взаимодействия
Домашнее задание:
§§1-2, конспект в тетради
 № 915, 918 (из сборника задач)


text:
900igr.net
1
2
1
2

http://www.vesti.ru/videos?vid=247235&doc_type=news&doc_id=322232


title: Презентация на тему: Тепловое движение температура

text:
Урок по теме: «Тепловое движение. Температура»

Презентация выполнена
Учителем физики
 ГОУ ЦО № 1428
г. Москвы
Степанюк
 Еленой
Александровной
900igr.net
Тепловое движение. Температура
Этот  учебный год мы начинаем с изучения нового раздела физики,
посвящённого тепловым явлениям.
К тепловым явлениям относятся  нагревание  и охлаждение различных тел, плавление, испарение, кипение, таяние веществ  и т.д.
Давно знакомые нам слова «тёплый», «холодный», « горячий»
 означают  тепловые состояния тел.
Величиной, характеризующей тепловое состояние тел, является температура.

Особенности движения частиц, из которых состоят тела
                    Повторение. Ответьте на вопросы:
Основные положения МКТ (и их опытное подтверждение)
Что такое диффузия? Как происходит процесс диффузии?
Чем объясняется возрастание скорости диффузии с повышением температуры?

Тепловое движение. Температура
Тепловое движение – беспорядочное движение молекул вещества.
 В жидкостях и газах молекулы беспорядочно движутся, соударяясь друг с другом.
  В твёрдых телах тепловое движение состоит в колебаниях частиц около положения равновесия.
   От скорости движения молекул зависит температура тела.
 Чем больше скорость движения молекул, тем выше температура тела.
    Обратим внимание на то, что тепловое движение отличается от механического тем,
что в нём участвует  очень много частиц и каждая движется беспорядочно.

Источник информации о температуре
Из  жизненного опыта нам известно, что различные тела могут быть нагреты до различной степени. Однако ощущение тепла и холода является субъективным фактором.
Проверим это на опыте.

              !                            ?                         !

                                                            Вывод: с помощью ощущений
                                                                                судить о температуре
                                                                                невозможно!
Термометр
Итак, у нас возникла проблема:
нужно найти такой признак или такое свойство тел, которое ясно
 указывало бы на то, как тело нагрето. Таким признаком может
быть расширение тел при нагревании.
Чем более нагрето тело, тем больше его объём,
тем интенсивнее хаотичное движение молекул и атомов.
Прибор, в котором используется такое свойство тел – термометр.
От греческого «therme» - тепло  и  «metreo» - измеряю
Жидкостный термометр – прибор, принцип действия
которого основан на использовании свойства теплового
расширения жидкости. В зависимости от температурной
области жидкостный термометр заполняют  ртутью,
этиловым спиртом и другими жидкостями.
Любой термометр показывает свою собственную
температуру. Для определения температуры среды
термометр надо поместить в эту среду и подождать до тех
пор, пока  температура прибора перестанет изменяться,
приняв значение, равное  температуре среды.

Температурная  шкала  Цельсия
Температурная шкала Цельсия была предложена в 1742 году шведским учёным А. Цельсием и названа в его честь. За ноль градусов шкалы Цельсия  принимают температуру таяния льда, а за 100 градусов – температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм. рт. ст.). Интервал между этими температурами разделён на 100 равных частей , по 1 градусу Цельсия (1°С).
Температурные шкалы
На практике используются и другие температурные шкалы, например, шкала Кельвина и шкала Фаренгейта. Взаимосвязь шкалы Цельсия и шкалы Кельвина видно на рисунке.
Для измерения температуры используют различные вещества (ртуть, спирт), которые изменяют свой объём с изменением температуры.
Физический смысл температуры
Каков физический смысл температуры? Для этого надо ответить на вопрос, чем холодная вода отличается от горячей?
Тёплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная.

Опыт по диффузии в горячей и холодной воде показывает: чем выше температура, тем больше проникновение одного вещества в другое.
 Причиной диффузии является движение молекул. Так как в горячей воде диффузия происходит быстрее,
значит и скорость движения молекул в ней выше.

Физический смысл температуры
В теле с большей температурой молекулы в среднем движутся быстрее.
  Температура вещества определяется не только средней скоростью движения молекул, но и их массой.
Температура является мерой средней кинетической энергией частиц тела.

Лабораторная   работа:  «Измерение   температуры   тела»
Цель работы: установление связи температуры тела с  увеличением
                                       кинетической энергии молекул.
Оборудование: термометр.
Ход работы
1. Зажмите термометр в кулаке, так чтобы видеть значение температуры на шкале.
2. Наблюдайте за подъёмом столбика ртути (спирта).
Ответьте письменно на вопросы :
1. Почему столбик ртути (спирта) поднимается вверх?
2. Когда столбик ртути (спирта) остановится?
3. Что измеряет термометр?
4.  Можно ли вынимать термометр из среды, температуру которой измеряют? Почему?
5. Что можно сказать о величине кинетической энергии молекул ртути (спирта) при подъёме столбика?
6. Каким прибором вы пользовались для определения температуры тела?
7. Какова цена деления этого прибора?
8. Какую минимальную (максимальную) температуру можно измерить этим прибором?

Это интересно знать
* Различные млекопитающие имеют нормальную температуру от 35 до 40,5 °С;
* Температура птиц 39,5 – 44 °С;
Наиболее высокая температура воздуха на Земле 58 °С, наиболее низкая - - 88,3°С;
Температура поверхности Солнца около 6000°С;
При температуре 42°С кровь не абсорбирует кислород воздуха, и  человек погибает от кислородной недостаточности. Естественная температура тела человека не может быть ниже 34°С. Искусственно же её иногда понижают до 26°С и тогда организм впадает в состояние анабиоза. Жизненные процессы в нём замедляются. Вместо 16 вдохов в минуту человек делает только 4,  пульс падает с 70 до 25 ударов в минуту. В состоянии анабиоза находятся зимой медведи, барсуки и многие другие животные.
Домашнее задание
Прочитайте § 1.
Сборник задач  авт. В.И. Лукашик № 915, 916.
Повторить понятия: механическая энергия;
виды механической энергии.
Желающим: приготовьте небольшое устное сообщение на тему:
    «Приспособление животных к различной температуре»


text:
Тепловое движение. Внутренняя энергия.
Формулы, изученные в 7 классе:
18.11.2011
2
Движение и взаимодействие тел:

Работа и мощность:

Давление твердых тел, жидкостей и газов:

Температура – мера нагретости тела
Определение
Обозначение
Формула
Единица измерения
Прибор
Температура - …
t
Нет
◦С
Термометр
Тепловое движение
18.11.2011
4
Тепловое явление - …
Внутренняя энергия
	- сумма кинетических энергий молекул, из которых состоит тело и потенциальных энергий их взаимодействия
Домашнее задание:
§§1-2, конспект в тетради
 № 915, 918 (из сборника задач)


Презентация на тему: Тепловое инфракрасное излучение


title: Презентация на тему: Тепловое движение. Температура

text:
Урок по теме: «Тепловое движение. Температура»

Презентация выполнена
Учителем физики
 ГОУ ЦО № 1428
г. Москвы
Степанюк
 Еленой
Александровной
Тепловое движение. Температура
Этот  учебный год мы начинаем с изучения нового раздела физики,
посвящённого тепловым явлениям.
К тепловым явлениям относятся  нагревание  и охлаждение различных тел, плавление, испарение, кипение, таяние веществ  и т.д.
Давно знакомые нам слова «тёплый», «холодный», « горячий»
 означают  тепловые состояния тел.
Величиной, характеризующей тепловое состояние тел, является температура.

Особенности движения частиц, из которых состоят тела
                    Повторение. Ответьте на вопросы:
Основные положения МКТ (и их опытное подтверждение)
Что такое диффузия? Как происходит процесс диффузии?
Чем объясняется возрастание скорости диффузии с повышением температуры?

Тепловое движение. Температура
Тепловое движение – беспорядочное движение молекул вещества.
 В жидкостях и газах молекулы беспорядочно движутся, соударяясь друг с другом.
  В твёрдых телах тепловое движение состоит в колебаниях частиц около положения равновесия.
   От скорости движения молекул зависит температура тела.
 Чем больше скорость движения молекул, тем выше температура тела.
    Обратим внимание на то, что тепловое движение отличается от механического тем,
что в нём участвует  очень много частиц и каждая движется беспорядочно.

Источник информации о температуре
Из  жизненного опыта нам известно, что различные тела могут быть нагреты до различной степени. Однако ощущение тепла и холода является субъективным фактором.
Проверим это на опыте.

              !                            ?                         !

                                                            Вывод: с помощью ощущений
                                                                                судить о температуре
                                                                                невозможно!
Термометр
Итак, у нас возникла проблема:
нужно найти такой признак или такое свойство тел, которое ясно
 указывало бы на то, как тело нагрето. Таким признаком может
быть расширение тел при нагревании.
Чем более нагрето тело, тем больше его объём,
тем интенсивнее хаотичное движение молекул и атомов.
Прибор, в котором используется такое свойство тел – термометр.
От греческого «therme» - тепло  и  «metreo» - измеряю
Жидкостный термометр – прибор, принцип действия
которого основан на использовании свойства теплового
расширения жидкости. В зависимости от температурной
области жидкостный термометр заполняют  ртутью,
этиловым спиртом и другими жидкостями.
Любой термометр показывает свою собственную
температуру. Для определения температуры среды
термометр надо поместить в эту среду и подождать до тех
пор, пока  температура прибора перестанет изменяться,
приняв значение, равное  температуре среды.

Температурная  шкала  Цельсия
Температурная шкала Цельсия была предложена в 1742 году шведским учёным А. Цельсием и названа в его честь. За ноль градусов шкалы Цельсия  принимают температуру таяния льда, а за 100 градусов – температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм. рт. ст.). Интервал между этими температурами разделён на 100 равных частей , по 1 градусу Цельсия (1°С).
Температурные шкалы
На практике используются и другие температурные шкалы, например, шкала Кельвина и шкала Фаренгейта. Взаимосвязь шкалы Цельсия и шкалы Кельвина видно на рисунке.
Для измерения температуры используют различные вещества (ртуть, спирт), которые изменяют свой объём с изменением температуры.
Физический смысл температуры
Каков физический смысл температуры? Для этого надо ответить на вопрос, чем холодная вода отличается от горячей?
Тёплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная.

Опыт по диффузии в горячей и холодной воде показывает: чем выше температура, тем больше проникновение одного вещества в другое.
 Причиной диффузии является движение молекул. Так как в горячей воде диффузия происходит быстрее,
значит и скорость движения молекул в ней выше.

Физический смысл температуры
В теле с большей температурой молекулы в среднем движутся быстрее.
  Температура вещества определяется не только средней скоростью движения молекул, но и их массой.
Температура является мерой средней кинетической энергией частиц тела.

Лабораторная   работа:  «Измерение   температуры   тела»
Цель работы: установление связи температуры тела с  увеличением
                                       кинетической энергии молекул.
Оборудование: термометр.
Ход работы
1. Зажмите термометр в кулаке, так чтобы видеть значение температуры на шкале.
2. Наблюдайте за подъёмом столбика ртути (спирта).
Ответьте письменно на вопросы :
1. Почему столбик ртути (спирта) поднимается вверх?
2. Когда столбик ртути (спирта) остановится?
3. Что измеряет термометр?
4.  Можно ли вынимать термометр из среды, температуру которой измеряют? Почему?
5. Что можно сказать о величине кинетической энергии молекул ртути (спирта) при подъёме столбика?
6. Каким прибором вы пользовались для определения температуры тела?
7. Какова цена деления этого прибора?
8. Какую минимальную (максимальную) температуру можно измерить этим прибором?

Это интересно знать
* Различные млекопитающие имеют нормальную температуру от 35 до 40,5 °С;
* Температура птиц 39,5 – 44 °С;
Наиболее высокая температура воздуха на Земле 58 °С, наиболее низкая - - 88,3°С;
Температура поверхности Солнца около 6000°С;
При температуре 42°С кровь не абсорбирует кислород воздуха, и  человек погибает от кислородной недостаточности. Естественная температура тела человека не может быть ниже 34°С. Искусственно же её иногда понижают до 26°С и тогда организм впадает в состояние анабиоза. Жизненные процессы в нём замедляются. Вместо 16 вдохов в минуту человек делает только 4,  пульс падает с 70 до 25 ударов в минуту. В состоянии анабиоза находятся зимой медведи, барсуки и многие другие животные.
Домашнее задание
Прочитайте § 1.
Сборник задач  авт. В.И. Лукашик № 915, 916.
Повторить понятия: механическая энергия;
виды механической энергии.
Желающим: приготовьте небольшое устное сообщение на тему:
    «Приспособление животных к различной температуре»


Презентация на тему: Тепловое движение


title: Презентация на тему: ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

text:
1.
2.
3.
4.
J
0
J
J
q


text:
Тепловое движение. Внутренняя энергия.
Формулы, изученные в 7 классе:
19.01.2013
2
Движение и взаимодействие тел:

Работа и мощность:

Давление твердых тел, жидкостей и газов:

Температура – мера нагретости тела
Определение
Обозначение
Формула
Единица измерения
Прибор
Температура - …
t
Нет
◦С
Термометр
Тепловое движение
19.01.2013
4
Тепловое явление - …
Внутренняя энергия
	- сумма кинетических энергий молекул, из которых состоит тело и потенциальных энергий их взаимодействия
Домашнее задание:
§§1-2, конспект в тетради
 № 915, 918 (из сборника задач)


Презентация на тему: Тепловое излучение


title: Презентация на тему: Тепловой двигатель

text:
1

Вода в цилиндре нагревается,
кипит, образуется пар.
Нагретый пар расширяется
и выталкивает пробку.
Внутренняя энергия пара
превращается
в механическую
энергию пробки

Тепловые двигателиДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ЗА и ПРОТИВ
Тепловыми двигателями называют машины, в которых энергия топлива превращается в механическую энергию.→  Паровая машина→  Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)→  Реактивный двигатель→  Паровая и газовая турбины
Первые автомобили   с ДВС.
ДВС – очень распространенный вид теплового двигателя. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя (записать в тетради).
ДВС – работает на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.
Модель ДВС в разрезе
Устройство двигателя:
1, 2 – клапаны
3 – поршень
4 – шатун
5 – коленчатый вал
6 – свеча
Схема работы  двигателя.
а) мертвые точки;б) ход поршня
Циклы четырехтактного двигателя :
1. Впуск.
2. Сжатие.
3. Рабочий ход.
4. Выпуск.

Проверим себяНа рисунке схематично изображено 4 такта работы ДВС. Соответствует ли последовательность расположенных рисунков чередованию тактов? Как вы предлагаете их расположить?
Убери лишнее
Клапаны
Болты
Свеча
Коленчатый вал
Гайки
Шатун
Диск
Поршень
Кто быстрее ответит.
солярка
клапан
свеча
рабочий ход
впуск
выпуск
сжатие

Экологические проблемы
- загрязнение воздушного бассейна,
- загрязнение водоёмов,
- загрязнение почв,
- шумовое загрязнение.

Пути решения:
- очистные фильтры,
- другие виды топлива,
- электромобили.
Экологическая викторина.
1. Почему бочка для хранения бензина должна закрываться пробкой с резиновой прокладкой, причем очень плотно?
2. В какое время года потери бензина на испарение максимальны и почему?
3. Почему резервуары с бензином предпочтительнее размещать под землёй?
4. Подсчитано, что если для заправки бензином использовать ведро, то в год потери горючего (на одну автомашину) составят до 200 кг. Каковы причины этих потерь?


title: Презентация на тему: ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТЕЛ

text:
Тепловое расширение тел

«Преступление» без наказания
На 600-верстной Николаевской железной дороге Петроград – Москва ежегодно в летнее время кем-то неизвестным прибавляется несколько сот саженей дорогой телефонной проволоки, а зимой то же количество проволоки бесследно похищается.
На вопрос: “Какой длины Октябрьская (Николаевская) железная дорога?” — кто-то ответил:
— Шестьсот сорок километров в среднем; летом метров на триста длиннее, чем зимой.
?

измене

Изменение провисания провода летом и зимой

С
0
Для чего между рельсами оставляют зазоры?
Все предметы при их нагревании раздаются во все стороны. Удлиняется и стальной рельс летом, когда его нагревает солнце.
.Зимой, когда от холода рельсы сожмутся, станут короче, зазоры могут еще больше увеличиться.

Тепловое расширение тел

    Δl = αloΔt

Линейный коэффициент расширения
Линейный коэффициент расширения показывает
на сколько увеличивается
каждый метр длины
 при изменении температуры
на один градус.

Биметаллическая пластина

При нагревании биметаллическая пластина изгибается

Объемное расширение тел

Обручи

Тепловое расширение воды
«Аномалия» воды

Плотность воды максимальна при  +4 градусах
Распределение температуры воды в пруду с глубиной

Вопросы на закрепление
       1.   Как  изменится  объем  воздушного шарика,  если  мы
        перенесем  его из холодного помещения в теплое?            Почему?
   2.  Что происходит с расстояниями между частичками жидкости в термометре в  случае похолодания?
  3.   Вспомните  опыт  с  медным  шариком. Вследствие нагревания он  застревал  в  кольце.
      Как  изменились  вследствие нагревания:
     объем  шара;  его  масса;  плотность?

Зачем в автомобилях ставят расширительные бачки?
Где еще вы встречали такие устройства?
Что случилось с рельсами?
Почему так «не экономно» укладывают трубы?
Можно ли заменить железо в железобетонных конструкциях другим металлом?
Вычислительные задачи
1.  После  того  как  пар  кипящей  воды  пропустили  через  латунную трубку,  длина трубки увеличилась на  1,62 мм. Чему равен коэффициент  линейного  расширения  латуни,  если  при  температуре
15 °С    длина  трубки  равна  1м?
   Напоминаем,  что  температура  кипящей воды  равна  100 °С.
2.  Платиновый провод длиной  1,5 м находился при  температуре 0 °С. Вследствие  пропускания  электрического  тока  провод  раскалился и  удлинился на  15 мм. До какой температуры он был нагрет?
3.  Медный лист прямоугольной формы,  размеры  которого при  температуры    20 °С   составляют  60  см х 50  см,  нагрели  до  600 °С.  Как  изменилась площадь листа?

Автор презентации
«Тепловое расширение тел»
 Помаскин Юрий Иванович
 - учитель физики,
 Почетный работник общего образования.
Презентация сделана как учебно-наглядное пособие по теме «Тепловое расширение». Может быть использована  как при изучении нового материала, так  и на внеклассных мероприятиях.

Используемые  источники:
Григорий Мишкевич «Доктор занимательных наук Жизнь и творчество Якова Исидоровича Перельмана»
Я.Перельман «Заниматеоьные задачи и опыты»
3 ) Картинки  из Интернета (http://images.yandex.ru/)
http://school.xvatit.com/index.php?title
http://sernam.ru/book_phis_t1.php?id=198


title: Презентация на тему: Теплота сгорания топлива

text:
3,8
34
10
44
14
44
27
46
27
46
30
120
q
Q
m
q


title: Презентация на тему: Тепловое излучение тел

text:
900igr.net

,


Презентация на тему: Тепловые двигатели


title: Презентация на тему: «Тепловой двигатель. КПД теплового двигателя

text:
Тепловой двигатель.
КПД теплового двигателя

Составитель: Пестрецова И.В.,
учитель физики МБОУ
«В-Чебулинская СОШ»
урок физики в 10 классе

Механическая энергия
Внутренняя энергия

?

II век нашей эры.
Паровая турбина внешнего сгорания.

Геронов шар.
– это устройство, преобразующее внутреннюю энергию в механическую работу.
Тепловой двигатель
     Р

		1
2Р0

  Р0

    0  		V0	       2V0       V

V	h

     Р

		1	        2
2Р0

  Р0

    0  		V0	       2V0       V

V	h
V	h

V	h
     Р

		1	        2
2Р0

  Р0

    0  		V0	       2V0       V
V	h

V	h
     Р

		1	        2
2Р0

  Р0

    0  		V0	       2V0       V

     Р

		1	        2
2Р0

  Р0

    0  		V0	       2V0       V

V	h
V	h
Основные элементы тепловой машины:

Принцип действия теплового двигателя
Рабочее тело от нагревателя получает количество теплоты Q1.
Часть этой энергии расходуется на совершение работы А‘.
Часть тепла (Q2) передаётся холодильнику.
КПД теплового двигателя
η – КПД, %
Qн- количество теплоты, полученное от нагревателя, Дж
Qх-количество теплоты, переданное холодильнику, Дж
А’ – работа газа, Дж

французский физик и математик
(1796-1832 гг)
Сади Карно

доказал, что нет устройства, работающего с кпд больше, чем кпд идеальной тепловой машины
Цикл Карно

Р
V

1
2
3
4
1-2 (изотерма) газ совершает положительную работу А‘=Q
2-3 (адиабата) газ совершает положительную работу)
	3-4 (изотерма) работа 	газа отрицательна
	4-1 (адиабата) работа 	газа отрицательна

Работа газа
(цикл работы идеальной тепловой машины)
Рекомендации:
Работать с графиками в координатах Р(V).
Для самой нижней левой точки вводить Ро, Vо, для остальных точек Р и V выражать через Ро, Vо.
Стараться не обозначать на графиках постоянные давление и объём через Р и V.
До последнего всё вести в Ро, Vо.
 С помощью вспомогательных адиабат определять Q+.
Применять 1-й ЗТД сразу для нескольких процессов и всего цикла (ΔU=0).
Для циклов строить вспомогательную таблицу для Q, ΔU, A´

Ответить на вопрос
1
2
3
4
Ответить на вопрос
2
1
3
4

1
2
3
4
Ответить на вопрос

1
2
3
4
5
6
Ответить на вопрос
5
2
3
4
1
6
Ответить на вопрос
4
2
3
1
5
6
Ответить на вопрос
1
2
3
4
Ответить на вопрос
2
1
4
3
Ответить на вопрос
Задача 1. Идеальный газ массой m = 20 г и молярной массой M = 28 г/моль совершает замкнутый процесс. Температура в точках 1 и 2 равна: T1 = 300 К; Т2= 496 К. Найти работу газа за цикл.
Дано:
m = 20 г
M = 28 г/моль
T1 = 300 К
Т2= 496 К
А´-?						       P
						      P2

						      P1

						         0      V0       2V0    V

Задача 2. Идеальный газ используется как рабочее тело в тепловой машине, работающей по циклу 1-2-3, состоящему из адиабатического расширения 1-2, изотермического сжатия 2-3 и участка 3-1 линейной зависимости давления от объёма. За цикл машина совершает работу A´, КПД цикла равен η. Найти работу, совершаемую над газом в изотермическом процессе?
Дано:   Решение:
А´
η
А23-?
Задача 3
Тепловая машина работает по циклу, состоящему из процесса 1−2 прямой пропорциональной зависимости давления Р от объёма V, адиабатного расширения 2−3 и изотермического сжатия 3−1. Её рабочим телом является газообразный гелий в количестве ν=2 моль. КПД тепловой машины равен η=20%. Работа над газом в процессе 3−1 равна A=1600 Дж.
Какую работу совершает тепловая машина за один цикл работы? Ответ выразить в Дж.
Определить разность максимальной и минимальной температур газа в цикле. Ответ выразить в К, округлить до целого значения.
Решение:

По определению КПД:

Q+
	Q=0

         Q -
Из графика видно, что Т2=Тmax,
    T1=T3=Tmin.
Для участка 1-2:
С учетом уравнения Менделеева - Клапейрона
Согласно первому закону термодинамики
30
§82 прочитать, записи выучить,
упр 15 (11,12) решить
Домашнее задание
ВЕРНО!

НЕВЕРНО!


title: Презентация на тему: Тепловой двигатель и термодинамика

text:
Молекулярная физика и термодинамика.
Часть 4.
«Одна лошадиная сила - это сила, которую развивает лошадь ростом в 1 метр и весом в 1 килограмм»
Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей

Запасы внутренней энергии разного вида можно считать практически неограниченными.
Но для решения практических задач располагать запасами энергии еще недостаточно. Необходимо еще уметь за счет энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства транспорта, тракторы и другие машины, вращать роторы генераторов электрического тока и т. д. Человечеству нужны двигатели - устройства, способные совершать работу.
Большая часть двигателей на Земле - это тепловые двигатели. Тепловые двигатели - это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.
Парова́я маши́на
Парова́я маши́на- тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от кизяка до урана.

Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрийскому, жившему в 1 веке нашей эры и создавшему эолипил - "шар Эола".

Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрийскому, жившему в 1 веке нашей эры и создавшему эолипил - "шар Эола".

Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрийскому, жившему в 1 веке нашей эры и создавшему эолипил - "шар Эола» - первою паровую турбину.
Это был металлический шар, вращающийся под давлением пара. К сожалению движущая сила нагретого воздуха и водяного пара использовалась здесь только лишь для демонстрации забавной игрушки. Герон часто использовал энергию пара в своих изобретениях: для реализации раздвижных автоматических дверей в храмах, двигающих руками статуй богов и так далее. Он оставил много чертежей, по которым можно собрать реально действующие механизмы. Его изобретения, опередившие свое время, смогли по достоинству оценить лишь в средневековье.
Интересно, что  в середине XVIII столетия эолипил «переизобрел» венгерский ученый Янош Сегнер, от которого оно и получило свое имя "сегнерово колесо". Понятно, что такое колесо вращается под действием реактивной силы потока пара, выбрасываемого из загнутых трубок-сопел.
Герон Александрийский— греческий математик и механик. Герон жил в Египте в городе Александрия и поэтому стал известен как Герон Александрийский.
Время его жизни отнесено ко второй половине первого века н. э. на том основании, что он приводит в качестве примера лунное затмение 13 марта 62 г. н. э.

Герона относят к величайшим инженерам за всю историю человечества. Он первым изобрёл прототип теодолита («диоптру»), скорострельный самозаряжающийся арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор для измерения протяжённости дорог (древний одометр) и др. Первым начал создавать программируемые устройства (вал со штырьками с намотанной на него верёвкой).
Диоптра была прообразом современного теодолита. Главной ее частью служила линейка с укрепленными на ее концах визирами. Эта линейка вращалась по кругу, который мог занимать и горизонтальное, и вертикальное положение, что давало возможность намечать направления, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Для правильности установки прибора к нему присоединялись отвес и уровень.

Пользуясь этим прибором и вводя в употребление прямоугольные координаты, Герон мог решать на местности различные задачи: измерить расстояние между двумя точками, когда одна из них или обе они недоступны наблюдателю, провести прямую, перпендикулярную к недоступной прямой линии, найти разность уровней между двумя пунктами, измерить площадь простейшей фигуры, даже не вступая на измеряемую площадку.
Еще во времена Герона одним из шедевров античной инженерии считался водопровод на острове Самос, созданный по проекту Эвпалина и проходивший по тоннелю. Вода по этому тоннелю подавалась в город из источника, находившемся по другую сторону горы Кастро. Известно было, что в целях ускорения работы тоннель рыли одновременно с обеих сторон горы, что требовало высокой квалификации от инженера, руководившего стройкой. Водопровод работал многие века и удивлял современников Герона.
Долго считалось, что древние греки не обладали необходимой технологией для постройки такого сложного объекта. Изучив найденный в 1814 году труд Герона "О диоптре" ученые получили документальное подтверждение существования тоннеля. И лишь в конце XIX века немецкая археологическая экспедиция действительно обнаружила легендарный тоннель Эвпалина.
Одометр
Масляная лампа
«Магическое" открывание дверей в храме
«Барулк» (редуктор)
Изобретения Герона Александрийского
Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таки ад-Дином Мухаммедом (англ.). Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара или дыма, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса.

Подобную машину предложил в 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.
Парова́я турби́на — тепловой двигатель, в котором энергия пара преобразуется в механическую работу.
Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.
В лопаточном аппарате паровой турбины потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь преобразуется в механическую работу — вращение вала турбины.
Пар от парокотельного агрегата поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение.
Паровая турбина состоит из двух основных частей. Ротор с лопатками — подвижная часть турбины. Статор с соплами — неподвижная часть
В 17 веке в Англии началась промышленная революция. На производстве стали применять первые станки, производительность труда сильно росла. Вместо древесного угля, получаемого из древесины, начали применять каменный уголь, количество которого было значительно больше.
Шахтеры быстро вырабатывали верхние пласты угля и уходили все глубже и глубже в землю. К концу 17 века глубина шахт уже достигала 200 метров. Все острее вставала проблема по откачке воды. Для подъема воды в это время использовались лошади. Численность лошадей на некоторых шахтах достигала 500 голов. Вопрос о внедрении новых способов для откачки воды созрел.
Негласный закон изобретателей гласит: «изобретение, появляется тогда, когда в нем есть необходимость».  В конце 17 века в Англии была острая потребность в машине по откачке воды из шахты и она появилась.
В 1698 году Томас Севери зарегистрировал первый патент на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня...»

Паровой насос Томаса Севери состоял из парового котла и рабочего цилиндра. У машины было два рабочих цикла: цикл всасывания и цикл выталкивания.
Паровой насос Томаса Севери
В 1712 году английский кузнец Томас Ньюкомен продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Именно двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии.
В 1769 г. Джеймс Уатт (Ватт) – шотландский изобретатель, получил английский патент на «способы уменьшения потребления пара и вследствие этого – топлива в огневых машинах». В 1774 г. построил первую свою паровую машину простого действия, которая оказалась более чем в 2 раза эффективнее лучших машин Ньюкомена.

Решение, предложенное Уаттом, заключалось в следующем: надо добавить второй цилиндр, называемый теплообменником, и соединить его с первым. Отработанный пар будет конденсироваться в теплообменнике, а первый цилиндр будет все время оставаться горячим — это сэкономит количество потребляемого топлива.

Ввёл первую единицу мощности – лошадиную силу (позднее его именем была названа другая единица мощности – ватт).
Пони, конечно, относится к семейству лошадиных, но термин от этого не становится более точным. Он был придуман упоминашимся шотландским инженером Джеймсом Уаттом, который известен тем, что повысил эффективность паровых двигателей и дал своё имя единице мощности — Ватт. Уатт работал с пони, которые поднимали уголь из шахты, и рассчитал, сколько работы может сделать 1 пони за минуту. Потом он произвольно добавил к результату 50% и то, что получилось, назвал «одной лошадиной силой».
Паровые машины с возвратно-поступательным движением
Двигатели с возвратно-поступательным движением используют энергию пара для перемещения поршня в герметичной камере или цилиндре. Возвратно-поступательное действие поршня может быть механически преобразовано в линейное движение поршневых насосов или во вращательное движение для привода вращающихся частей станков или колёс транспортных средств.
В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавэр между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 узлов.

21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком. А в 1814 году Стефенсон спроектировал свой первый локомотив, предназначенный для буксировки вагонеток с углём для рудничной рельсовой дороги.
Дви́гатель вну́треннего сгора́ния
Дви́гатель вну́треннего сгора́ния — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

По сравнению с паровой машиной двигатель внутреннего сгорания:
   принципиально проще
   компактнее
   легче
   экономичнее
   требует газообразное и жидкое топливо лучшего качества.

Первый практически пригодный газовый двигатель внутреннего сгорания был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822—1900) в 1860 году. Мощность двигателя составляла 8,8 кВт (12 л. с.). Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника. Использовался как лодочный двигатель.
Зарабатывал на жизнь в Париже официантом, но все его увлечения были устремлены на изобретательство, конструирование приборов и агрегатов. Ему пришла мысль соединить пары бензина с воздухом и использовать эту смесь как движущую силу при работе двигателя. Именно эта идея оказалась решающей для дальнейшего развития двигателя внутреннего сгорания.

В 1857-1858 гг. изобретатель собрал свой двигатель. Его мощность составляла 1,5 л.с. при 1000 об/мин. К.п.д. этого двигателя была всего 4%. Он работал на каменноугольном газе. По своей компоновке двигатель Ленуара был подобен горизонтальной паровой машине двойного действия: рабочий процесс протекал в цилиндре по обе стороны поршня. Проходя полхода, поршень всасывал газовоздушную смесь. Затем она поджигалась электрической искрой, и результирующий взрыв на оставшемся отрезке пути поршня производил полезную работу. То же самое происходило и по другую сторону поршня.
Познакомившись с двигателем Ленуара,  немецкий конструктор Николаус Аугуст Отто создал в 1863 двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания.
Основная идея Отто состояла в том, что перед зажиганием смесь необходимо подвергать сжатию, а взрыв выгоднее всего производить в крайнем верхнем положении поршня.
В 1876 он построил более совершенный четырехтактный газовый двигатель внутреннего сгорания.
Четырёхтактный принцип  сегодня известен, в основном, как цикл Отто, а четырёхтактный двигатель, использующий
свечи зажигания,
часто называется
двигателем Отто.
Постепенно небольшая фирма Отто расширялась. В 1872 г. она превратилась в «Акционерное общество газомоторной фабрики Отто-Дойц», в котором вскоре пересеклись судьбы талантливых изобретателей, предопределивших судьбу автомобиля —Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха. Именно Даймлер и Майбах, приглашенные работать к Отто, а впоследствии основавшие собственную фирму, внесли наибольший вклад в создание компактного двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком топливе и пригодного для применения на транспорте.
В 1886 году была создана трёхколесная самоходная повозка с бензиновым двигателем. В этом же году её создатель — Карл Бенц получил патент на это изобретение. Первый в мире трёхколесный автомобиль был запущен в серийное производство.
Через семь лет Карл Бенц создает свой четырёхколесный автомобиль.

Интересным также является само происхождение слова «автомобиль». Первая повозка с механическим двигателем называлась «вуатюоотомобиль», т.е. если дословно переводить «коляска самодвижущаяся». По прошествии времени от этого слова осталось только «отомобиль», а потом и вовсе преобразовалось в автомобиль. Что образовано от греческого слова «ауто» – сам и от латинского «мобилис» – передвижной.
В 1890 году Готлиб Даймлер основал компанию своего имени — «Даймлер-Моторен-Гезелльшафт», решив выпускать созданный четырьмя годами ранее им самим и принимавшим активное участие Вильгельмом Майбахом четырёхколёсный автомобиль.

После ряда не очень удачных попыток, которые всё же нашли своих восторженных покупателей, конструктору В. Майбаху в 1901 году удалось создать успешный образец. По настоянию консула Австро-Венгерской империи в Ницце и, по совместительству, главы представительства «Даймлер» во Франции Эмиля Еллинека автомобиль был назван в честь Девы Марии Милосердной (фр. Maria de las Mercedes (от латинского «merces» — «дары»)), так же в честь которой были названы все его дети, в числе которых была небезызвестная дочь консула Мерседес.

Ди́зельный дви́гатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха. В 1890 году немецкий инженер и изобретатель Рудольф Дизель предложил способ практической реализации этого принципа.
Тепловые двигатели и термодинамика
Второй закон термодинамики, так же как и первый, был сформулирован на основе опыта познания природы человеком. В частности, он базируется на том факте, что теплота в самопроизвольном процессе переходит от горячих тел к холодным. Второй закон утверждает, что все реальные самопроизвольные процессы являются необратимыми.

Как указывалось ранее, второй закон термодинамики можно формулировать при помощи разных утверждений.
   Природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным (Л. Больцман).
   Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более нагретому (Р. Клаузиус).
   Невозможно построить периодически действующую машину, все действия которой сводились бы к поднятию некоторого груза и охлаждению теплового источника (М. Планк).
В тепловых двигателях нельзя преобразовать в работу всю теплоту, полученную системой от источника теплоты. Это означает, что нельзя построить тепловой двигатель, работающий при наличии только одного источника теплоты. Такой воображаемый двигатель, способный превращать в работу всю теплоту, полученную из окружающей среды, В. Освальд назвал вечным двигателем второго рода.
Второй закон термодинамики можно записать так:
«Вечный двигатель второго рода невозможен».
Таким образом, переход теплоты в работу может быть осуществлен только частично. Оставшаяся доля теплоты должна быть передана другому источнику с более низкой температурой. Следовательно для осуществления несамопроизвольного процесса получения работы в тепловом двигателе необходимы два источника теплоты, имеющие разные температуры.
Людвиг Больцман (1844 — 1906) — австрийский физик-теоретик, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории. Член Австрийской академии наук, член-корреспондент Петербургской академии наук и ряда других.
Став известным теоретиком, Больцман  с 1895 г. работал в Вене в должности профессора теоретической физики.
Спокойно вести научную и педагогическую работу Больцману не удавалось, поскольку в это время профессором философии Венского университета был Э. Мах, который в своих лекциях отрицал атомистические представления. В 1900 г. Больцман отправился преподавать в Лейпциг, однако там столкнулся с сопротивлением другого анти-атомиста В. Оствальда.
5 сентября 1906 года Больцман покончил с собой в гостиничном номере, повесившись на оконном шнуре. Самоубийство Больцмана связывают с депрессией, вызванной тем, что идеи развиваемой им статистической физики в то время не находили понимания в физическом сообществе.
Эрнст Мах (1838- 1916) — австрийский физик и философ. Маху принадлежит ряд важных физических открытий. Первые работы Маха посвящены изучению процессов слуха и зрения. Мах изучал оптические явления, аэродинамические процессы, сопровождающие сверхзвуковое движение тел. Он открыл и исследовал процесс возникновения ударной волны. С именем Маха назван ряд величин и понятий: число Маха, конус Маха, интерферометр Маха — Цендера

Ви́льгельм Фри́дрих О́ствальд (1853- 1932) — латыш, балтийский немец, физико-химик и философ, лауреат Нобелевской премии по химии 1909 года. Член-корреспондент  Петербургской академии наук .
Оствальд — автор «энергетической» теории, одной из разновидностей «физического» идеализма. Оствальд считал единственной реальностью энергию, рассматривал материю как форму проявления энергии.
Термодинамические циклы являются моделями процессов, происходящих в реальных тепловых машинах для превращения тепла в механическую работу.
Цикл Карно назван в честь французского военного инженера Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году.
Отец Сади Карно был знаменитым генералом
и военным министром при Наполеоне Бонапарте.
Сади Карно учился в знаменитой Политехнической школе и после ее окончания в 1814 году отправился добровольцем на фронт под командованием Наполеона Бонапарта.
Уйдя в отставку, занялся теоретическим обоснованием принципов работы паровых машин, Карно стал одним из пионеров термодинамики предложил свою знаменитую модель идеального двигателя. Свои идеи Сади Карно опубликовал в 1824 году в форме фундаментального трактата «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».
Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой  TН , холодильника с температурой Tх и рабочего тела. Тогда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен

где  Qн-количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении,
Qн-количество теплоты, которое рабочее тело отдало холодильнику при изотермическом сжатии.

Из последнего выражения видно, что КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Кроме того, из него следует, что КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю.

Можно показать, что никакая тепловая машина с теми же температурами нагревателя и холодильника не может обладать бо́льшим КПД, чем тепловая машина Карно.

Цикл Карно́
Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов.
-Что такое одна лошадиная сила? - Это усилие, которое предпринимает К. Собчак, чтобы казаться красивой,умной и стильной одновременно.
Спасибо
за
внимание!


title: Презентация на тему: Тепловое действие тока. Практическое применение

text:
A=U·q
A=U·I·?
?
?
P=I2·R
P=U·?
?
?
A=U·q
A=U·I·t
P=I2·R
P=U·I

1
1
60
0,08
1
5
12
1,5
1
26
2
1
0,25
15
0,15
1
2
9
0,8
1
3
1
1
9
1
1
0,2
6
0,1
10
3
90
1,5
1
0,1
4,5
1
1
0,2
6
1
1
0,25
7,5
2
1
1
60
2
1
1
60


title: Презентация на тему: Тепловой двигатель

text:
v
p
0


Презентация на тему: Тепловой двигатель


title: Презентация на тему: Тепловые двигатели

text:
1
8
20-30
40
36
35-46
47


title: Презентация на тему: Тепловое излучение

text:
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
mx = 1, 2, 3 ...
19
20
21
17
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
36
37


title: Презентация на тему: "Тепловые двигатели

text:
Двигатель внутреннего сгорания
Виды
энергии
Пар или газ, расширяясь, может совершить работу.
При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию.
                    Устройства, в которых внутренняя                                      	энергия  пара  или газа (рабочего тела)
превращается в
механическую энергию, называются
тепловыми двигателями.

             Существуют различные виды тепловых двигателей:
- КПД тепловых машин
Выхлопы
1860 г. – Ленуар построил устройство, в котором впервые горючее сжигалось внутри самого устройства, а не снаружи
1878 г. – Отто создал ДВС, работающий по четырехтактной схеме
1886 г. – Даймлер построил бензиновый двигатель, в котором горючая смесь (смесь бензина и воздуха) образовывалась в карбюраторе
1897 г. – Дизель изобрел двигатель с форсункой и без карбюратора, что стало достаточно экономично и надежно
Генри Форд
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ( четырехтактный )

Двигатель состоит из цилиндра, внутри которого перемещается
поршень.

Домашнее задание:
1) & 21-24, записи в тетради;

2) Презентации (по желанию):
Изобретение паровоза;
Изобретение автомобиля;
Альтернативные источники энергии;
Современный автопром…


Презентация на тему: «Тепловые двигатели»


title: Презентация на тему: Виды тепловых двигателей

text:
Виды тепловых двигателей
Паровая машина
Двигатель внутреннего сгорания
Паровая и газовая турбины
Реактивный двигатель
Паровая машина
Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. Как любая другая тепловая машина, ДВС преобразует теплоту сгорания топлива в механическую работу.

Газовая турбина
Газовая турбина — это двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и/или нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Горение топлива может происходить как вне турбины, так и в самой турбине. Основными элементами конструкции являются ротор (рабочие лопатки, закреплённые на дисках) и статор, выполненный в виде выравнивающего аппарата (направляющие лопатки, закреплённые в корпусе).

Паровая турбина
Паровая турбина — тепловой двигатель, в котором энергия пара преобразуется в механическую работу.

Реактивный двигатель
Тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется смесь забираемого из атмосферы воздуха и продуктов окисления топлива кислородом, содержащимся в воздухе. За счёт реакции окисления рабочее тело нагревается и, расширяясь, истекает из двигателя с большой скоростью, создавая реактивную тягу.


Презентация на тему: Тепловое Равновесие