Источники энергии Древнего мира

Основные  этапы развития энергетики в России

Источники энергии  Древнего мира

 

Первым источником для человека был огонь, возникавший  от удара молнии или лавы вулкана. Затем человек научился его получать при трении, высекании.

 

Водяное колесо

 

 По конструкции  водяные колёса делились на  нижнебойные (подливные) и верхнебойные (наливные). Они отличались по  свойствам: при равной мощности  первое имело большую скорость  вращения, чем второе. КПД верхнебойного  достигал 75%

Для получения больших  мощностей строились огромные колёса.

Виды водяных  колёс

Энергия химических соединений

 

Порох был открыт китайским алхимиком Сунь Сымяо  в 7 в. н.э. Вначале изготовлялся из неочищенных  компонентов . Реакция  горения пороха описывается уравнением:

2KNO₃+3C+S = K₂S+3CO₂ +N₂,

где K₂S - твёрдый остаток горения, а СО₂ и N₂ – газы; проходит без использования кислорода.

От водяного колеса до гидротурбины

 

На изобретение  Сегнера обратили внимание учёные  многих стран. Эйлер, посвятил исследованию этого прибора несколько  работ.

 В 1837 году  уральский мастер И.Сафонов построил  на Алапаевском заводе первую  в России гидротурбину, с КПД= 53% .

 Большое распространение  получили пропеллерные(94%), струйные (85%).

Турбина Фурнейрона

 

Фурнейрон, использую  расчёты Эйлера построил турбину (КПД=80%). . Она представляла собой два вложенных  друг в друга кольца: наружное, неподвижное, являлось направляющим аппаратом; внутренним колесом была сама турбина. Турбина  работала, используя реактивный принцип. : вода, попавшая в турбину, вращала  её за счёт своей кинетической энергии; увеличив свою скорость, при вытекании  как бы отталкивалась от турбины, сообщая ей дополнительную энергию.

Тепловые двигатели 

 

Тепловыми двигателями  называют машины, в которых происходит превращение теплоты, полученной при  сгорании топлива, в механическую работу.

Вещество, производящее работу в тепловых машинах -  рабочее  тело (вещество). В паровых машинах  это водяной пар, в двигателях внутреннего сгорания - газ.

 Все они обладают  цикличностью – рабочее тело  возвращается в исходное состояние.

Энергетическая  схема тепловой машины

Двигатели внутреннего  сгорания

 

Немец Отто работал  над двигателем на жидком топливе  с 4-хтактным рабочим циклом: 1) всасывание горючей смеси; 2) сжатие; 3)поджигание смеси и расширение образовавшихся газов; 4)выпуск отработанных газов

Газовая турбина

 

Газовая турбина  совмещала в себе полезные свойства паровых турбин (передача энергии  к вращающемуся валу непосредственно) и отсутствие парового котла.

 

Реактивный двигатель

 

 Принцип работы: кислород воздуха, попав в камеру  сгорания через входное устройство, смешавшись с топливом, окисляет  его, а раскалённые газы, вылетая  из сопла, толкают двигатель  вперёд.

Реактивный двигатель

Электричество

 

Первый генератор  электрического тока изобрёл  Майкл  Фарадей. Это было примитивное устройство - медный диск вращался в магнитном  поле, вследствие чего в нём создавалась  ЭДС (между центром и краями диска).

Получивший  распространение  генератор изобрёл Грамм.

 Сначала генераторы  вырабатывали постоянный ток,  а с открытием его полезных  свойств распространились генераторы  переменного тока; началась электрификация  промышленности.

 

Генератор Фарадея

Аккумулятор

 

В аккумуляторах  накопление электрической энергии  происходит за счёт её превращения  в химическую.

Атомная энергия

 

Первый реактор  был построен в 1942 году под руководством Энрико Ферми, предназначался для демонстрации возможности управляемой ядерной реакции

Энергия термоядерного  синтеза

 

Возможен синтез лёгких ядер, при котором выделяется ещё большая энергия. Он может  происходить только при очень  высокой температуре и давлении

Термоядерное горючее -  изотопы водорода (дейтерий и  тритий)

Энергия, выделяющаяся при термоядерной реакции, пропорциональна  разности энергии связи синтезированного вещества и энергии связи исходных веществ. Коэффициент пропорциональности равен скорости света в квадрате.

 

МГД-генератор

 

Основан на использовании  магнитогидро

динамического эффекта.

 Газ при высокой  температуре ионизирован, электроны  его атомов способны двигаться  независимо от ядер и таким  образом служить носителями электрического  тока. При прохождении ионизированного  газа с большой скоростью поперёк  магнитного поля в нём возникает  электрический ток, который может  быть отведён электродами.

 

МГД-генератор