Ջերմային շարժիչներ
Ջերմաշարժիչ է կոչվում այն մեքենան, որն աշխատանք է կատարում վառելիքի ներքին էներգիայի օգտագործման հաշվին:
Ուշադրություն
Գոյություն ունեն ջերմաշարժիչների տարբեր տեսակներ՝ շոգեմեքենա, ներքին այրման շարժիչ, գազատուրբին, շոգետուրբին, ռեակտիվ շարժիչ:
Ջերմաշարժիչի օգտակար գործողության գործակից (ՕԳԳ)
Աշխատանք կատարելիս ջերմաշարժիչը օգտագործում է վառելիքի այրումից ստացվող ջերմաքանակի միայն մի որոշ մասը: Ֆիզիկական այն մեծությունը, որը ցույց է տալիս, թե վառելիքի այրումից ստացվող ջերմաքանակի ո՛ր մասն է կազմում շարժիչի կատարած աշխատանքը, կոչվում է ՕԳԳ:
Ջերմաշարժիչի ՕԳԳ-ն գտնում են հետևյալ բանաձևով՝ ,
Ուշադրություն
Բոլոր ջերմաշարժիչների համար ընդհանուրը և ամենակարևորն են.
1. Ցանկացած ջերմաշարժիչում վառելիքի այրումից անջատված էներգիան փոխակերպվում է մեխանիկական էներգիայի: Վառելիքի էներգիան սկզբում փոխակերպվում է բանող մարմնի (գազի կամ գոլորշու) ներքին էներգիայի:
2. Բանող մարմնի ներքին էներգիայի հաշվին մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար անհրաժեշտ է, որ բանող մարմինը ոչ միայն էներգիա ստանա ջեռուցչից, այլև էներգիայի մի մասը տա սառնարանին: Սառնարանի ջերմաստիճանը միշտ փոքր է ջեռուցչի ջերմաստիճանից:
Հենց ջերմաշարժիչում որոշակի ջերմաքանակ կլանվում է բանող մարմնի կողմից, որը ջեռուցչից ստացված ջերմաքանակի հաշվին, նախ՝ մեծացնում է իր ներքին էներգիան, և ապա՝ կատարում աշխատանք, շարժման մեջ դնելով տուրբինը, մխոցը, լիսեռը և այլն: Սովորաբար շոգեմեքենաներում, շոգետուրբիններում որպես բանող մարմին ծառայում է գոլորշին, իսկ գազատուրբիններում և ներքին այրման շարժիչներում՝ վառելիքի այրումից առաջացած գազերը:
Ջերմաշարժիչի աշխատանքի պրոցեսում բանող մարմինը ջեռուցչից ստանում է որոշակի ջերմաքանակ, որի մի մասը բանող մարմինը ընդարձակման պրոցեսում ծախսում է մեքենայի մասերը շարժման մեջ դնելու վրա (տե՛ս մոդել):
Բանող մարմինը ընդարձակման պրոցեսում ունի սահմանափակում: Որպեսզի ջերմաշարժիչն աշխատի երկար, պրոցեսը պետք է դառնա պարբերական, այսինքն, երբ բանող մարմինն աշխատանք է կատարում, նրան պետք է վերադարձնել սկզբնական վիճակ՝ սեղմելով բանող մարմինը: Սեղմելուց առաջ բանող մարմինը հովացնում են, սառնարանի օգնությամբ վերցնելով որոշակի ջերմաքանակ, ընդ որում : Հետևաբար, մեխանիկական աշխատանքի է վերածվում ջերմաքանակ՝ \(A\)=
Այսպիսի ջերմաշարժիչներն անվանում են շրջանային: Սառնարանի դերը կայանում է նրանում, որ գազի ծավալը փոքրացնելու համար ավելի քիչ աշխատանք է պետք կատարել, քան տաք գազի ծավալը նույն չափով փոքրացնելու դեպքում, հետևաբար բանող մարմնի կատարած աշխատանքը մեկ շրջանի ընթացքում՝ \(A\)\(=\) (տե՛ս գծապատկեր)
1. Ցանկացած ջերմաշարժիչում վառելիքի այրումից անջատված էներգիան փոխակերպվում է մեխանիկական էներգիայի: Վառելիքի էներգիան սկզբում փոխակերպվում է բանող մարմնի (գազի կամ գոլորշու) ներքին էներգիայի:
2. Բանող մարմնի ներքին էներգիայի հաշվին մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար անհրաժեշտ է, որ բանող մարմինը ոչ միայն էներգիա ստանա ջեռուցչից, այլև էներգիայի մի մասը տա սառնարանին: Սառնարանի ջերմաստիճանը միշտ փոքր է ջեռուցչի ջերմաստիճանից:
Հենց ջերմաշարժիչում որոշակի ջերմաքանակ կլանվում է բանող մարմնի կողմից, որը ջեռուցչից ստացված ջերմաքանակի հաշվին, նախ՝ մեծացնում է իր ներքին էներգիան, և ապա՝ կատարում աշխատանք, շարժման մեջ դնելով տուրբինը, մխոցը, լիսեռը և այլն: Սովորաբար շոգեմեքենաներում, շոգետուրբիններում որպես բանող մարմին ծառայում է գոլորշին, իսկ գազատուրբիններում և ներքին այրման շարժիչներում՝ վառելիքի այրումից առաջացած գազերը:
Ջերմաշարժիչի աշխատանքի պրոցեսում բանող մարմինը ջեռուցչից ստանում է որոշակի ջերմաքանակ, որի մի մասը բանող մարմինը ընդարձակման պրոցեսում ծախսում է մեքենայի մասերը շարժման մեջ դնելու վրա (տե՛ս մոդել):
Բանող մարմինը ընդարձակման պրոցեսում ունի սահմանափակում: Որպեսզի ջերմաշարժիչն աշխատի երկար, պրոցեսը պետք է դառնա պարբերական, այսինքն, երբ բանող մարմինն աշխատանք է կատարում, նրան պետք է վերադարձնել սկզբնական վիճակ՝ սեղմելով բանող մարմինը: Սեղմելուց առաջ բանող մարմինը հովացնում են, սառնարանի օգնությամբ վերցնելով որոշակի ջերմաքանակ, ընդ որում : Հետևաբար, մեխանիկական աշխատանքի է վերածվում ջերմաքանակ՝ \(A\)=
Այսպիսի ջերմաշարժիչներն անվանում են շրջանային: Սառնարանի դերը կայանում է նրանում, որ գազի ծավալը փոքրացնելու համար ավելի քիչ աշխատանք է պետք կատարել, քան տաք գազի ծավալը նույն չափով փոքրացնելու դեպքում, հետևաբար բանող մարմնի կատարած աշխատանքը մեկ շրջանի ընթացքում՝ \(A\)\(=\) (տե՛ս գծապատկեր)
Ներքին այրման շարժիչ
Ներքին այրման շարժիչն իր անվանումը ստացել է այն պատճառով, որ վառելիքն այրվում էր ոչ թե դրսում, այլ շարժիչի գլանի ներսում: Ամենալայն տարածումն ունի ներքին այրման
քառատակտ շարժիչը: Այս շարժիչի աշխատանքային յուրաքանչյուր ցիկլը չորս տակտ է պարունակում՝ վառելախառնուրդի ներթողում, սեղմում, աշխատանքային քայլ և այրման
արգասիքների արտաթողում: Այստեղից էլ շարժիչի «քառատակտ» անվանումը (տե՛ս նկար 1):Ժամանակակից քառագլան ներքին այրման շարժիչը պատկերված է նկ. 1-ում: Շարժիչի գլանների մեջ գտնվող մխոցները միացված են ծնկաձև (1) լիսեռով: Այդ լիսեռին ամրացված է (2) ծանր թափանիվը: Յուրաքանչյուր գլանի վերևի մասում երկու կափույր կա: Դրանցից մեկը կոչվում է ներթողիչ, մյուսը՝ արտաթողիչ: Առաջին կափույրով վառելախառնուրդը մտնում է գլանի մեջ, իսկ երկրորդով՝ վառելիքի այրման արգասիքներն են դուրս գալիս:
Ուշադրություն
Միագլան ներքին այրման շարժիչի աշխատանքի սկզբունքը ներկայացված է նկար 2-ում:
2-րդ տակտ ՝
Սեղմման ընթացքում վառելանյութը տաքանում է:
3-րդ տակտ՝
աշխատանքային քայլ:
Երկու կափույրն էլ փակ են: Երբ մխոցը հայտնվում է վերին եզրային դիրքում, խառնուրդը վառվում է մոմի էլեկտրական կայծով: Խառնուրդի այրման արդյունքում առաջանում են շիկացած գազեր, որոնց ճնշումը կազմում է \(3-6\) ՄՊա, իսկ ջերմաստիճանը հասնում է \(1600-2200\ \)°C-ի: Այս գազերի ճնշման ուժը մխոցը ներքև է հրում: Մխոցի շարժումը հաղորդվում է թափանիվով ծնկաձև լիսեռին: Ուժեղ ազդեցության շնորհիվ թափանիվը շարունակում է շարժվել իներցիայով՝ այդպիսով ապահովելով մխոցի տեղաշարժը նաև հաջորդ տակտերում:
4-րդ տակտ՝
արտաթողում: Բացվում է (2) կափույրը: (1) Կափույրը փակ է: Մխոցը շարժվում է վեր: Վառելիքի այրման արգասիքները դուրս են գալիս գլանից և խլացուցիչով (նկարում ցույց չի տրված) բաց են թողնվում մթնոլորտ:
Միագլան շարժիչում օգտակար աշխատանք կատարվում է միայն երրորդ տակտում: Քառագլան շարժիչում (տես նկար 2) մխոցներն այնպես են ամրացված, որ չորս տակտից յուրաքանչյուրի ժամանակ դրանցից մեկը գտնվում է աշխատանքային քայլի փուլում: Դրա շնորհիվ ծնկաձև լիսեռը \(4\) անգամ ավելի հաճախ է էներգիա ստանում: Այդ դեպքում մեծանում է շարժիչի հզորությունը, և լավագույնս ապահովում է լիսեռի պտույտի հավասարակշռությունը:
Ներքին այրման շարժիչների մեծամասնության դեպքում լիսեռի պտույտի հաճախականությունը կազմում է րոպեում \(3000\)-ից \(7000\) պտույտ: Միագլան շարժիչում օգտակար աշխատանք կատարվում է միայն երրորդ տակտում: Քառագլան շարժիչում (տե՛ս նկար 1) մխոցներն այնպես են ամրացված, որ չորս տակտից յուրաքանչյուրի ժամանակ դրանցից մեկը գտնվում է աշխատանքային քայլի փուլում: Դրա շնորհիվ ծնկաձև լիսեռը \(4\ \)անգամ ավելի հաճախ է էներգիա ստանում: Այդ դեպքում մեծանում է շարժիչի հզորությունը, և լավագույնս ապահովվում է լիսեռի պտույտի հավասարակշռությունը: Ներքին այրման շարժիչների մեծամասնության դեպքում լիսեռի պտույտի հաճախականությունը կազմում է րոպեում \(3000\)-ից \(7000\) պտույտ:
\( \)
\(1897\ \)թ. գերմանացի ինժեներ Ռ. Դիզելը նախագծեց ներքին այրման շարժիչ, որում սեղմում էր ոչ թե վառելախառնուրդը, այլ օդը: Այդ սեղմման ընթացքում օդի ջերմաստիճանն այնքան էր բարձրանում, որ նրա մեջ ընկնող վառելիքը բոցավառվում էր: Վառելիքի բոցավառման համար հատուկ սարքի կարիքն այս շարժիչում այլևս չկար, պետք չէր նաև կարբյուրատորը: Նոր շարժիչն անվանեցին
դիզել:\(1900\) թ-ից սկսվեց հատուկ մրցարշավային ավտոմեքենաների արտադրությունը: \(60\)-ական թվականներին մխոցային շարժիչով ավտոմեքենայի արագությունը գերազանցեց \(600\) կմ/ժ-ը, իսկ ավտոմեքենայի վրա գազատուրբինային շարժիչի տեղադրումից հետո այն գերազանցեց \(900\ \)կմ/ժ-ը: \(1997\ \)թ-ին Գրինը (Մեծ Բրիտանիա) իր «Տրաստ \(SSC\)» հրթիռային ավտոմեքենայով \(1227,985\) կմ /ժ արագության հասավ, ինչը գերազանցում է օդում ձայնի արագությունը:
Աղբյուրները
Ս. Վ. Գրոմով , Ն. Ա. Ռոդինա, Ֆիզիկա-8, հանրակրթական դպրոցի դասագիրք ( I, II, III և V գլուխների հեղինակ Ա. Մամյան); Երևան, Անտարես -2014 թ.
Է. Ղազարյան, Ա. Կիրակոսյան, Գ. Մելիքյան, Ռ. Թոսունյան, Ս. Մաիլյան, Ֆիզիկա-8, հանրակրթական դպրոցի դասագիրք; Երևան, Էդիտ Պրինտ -2008 թ