Номер 5, страница 221 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

5. В чём преимущество дизельного двигателя по сравнению с карбюраторным?

5. Дизельный двигатель имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с карбюраторным (бензиновым) двигателем, которые определяют сферы их применения.

• Более высокий термический КПД и экономичность. Это главное преимущество. Дизельные двигатели работают с гораздо более высокой степенью сжатия (14–25:1) по сравнению с бензиновыми (8–12:1). Согласно термодинамическим законам, более высокая степень сжатия приводит к более высокому коэффициенту полезного действия. КПД дизельных двигателей может достигать 40–50% и более, в то время как у бензиновых он обычно находится в диапазоне 25–35%. Это означает, что дизельный двигатель расходует меньше топлива для выполнения той же работы.
• Высокий крутящий момент на низких оборотах. Дизельные двигатели генерируют максимальный крутящий момент при более низких скоростях вращения коленчатого вала. Это делает их идеальными для тяжелой техники (грузовиков, автобусов, тракторов, локомотивов), где важна тяга, а не максимальная скорость.
• Тип и стоимость топлива. Дизельное топливо (солярка) обладает большей плотностью энергии на литр, чем бензин. Кроме того, оно менее летучее и, следовательно, менее пожароопасно при хранении и транспортировке.
• Больший ресурс и надежность. Из-за необходимости выдерживать высокое давление, детали дизельного двигателя (блок цилиндров, поршневая группа, коленчатый вал) изготавливаются более прочными и массивными. Это, как правило, обеспечивает им больший ресурс до капитального ремонта по сравнению с бензиновыми аналогами.
• Отсутствие системы зажигания. В дизельном двигателе топливо воспламеняется от высокой температуры сжатого воздуха (компрессионное воспламенение), поэтому в его конструкции отсутствуют свечи зажигания, высоковольтные провода, катушки и распределитель зажигания. Это упрощает конструкцию в одном аспекте и исключает целый ряд возможных неисправностей.

Ответ: Основные преимущества дизельного двигателя по сравнению с карбюраторным заключаются в его более высокой экономичности (высокий КПД), большем крутящем моменте на низких оборотах, использовании менее летучего топлива, а также в большей надежности и долговечности конструкции.

6. Паровая турбина, как и поршневой паровой двигатель (паровая машина), преобразует энергию пара в механическую работу, однако имеет перед ним значительные преимущества, особенно при больших мощностях.

• Более высокий КПД. Паровые турбины, особенно многоступенчатые, могут работать при более высоких температурах и давлениях пара, а процесс расширения в них более плавный и близок к идеальному адиабатическому процессу. Это позволяет достигать значительно более высокого КПД (до 40–50% и выше в современных паротурбинных установках) по сравнению с паровыми машинами, КПД которых редко превышал 15–20%.
• Большая единичная мощность и компактность. При одинаковой мощности паровая турбина гораздо компактнее и легче поршневой машины. Это связано с высокой скоростью вращения ротора и отсутствием громоздкого кривошипно-шатунного механизма. Турбины позволяют создавать агрегаты огромной мощности (сотни мегаватт), что невозможно для поршневых машин.
• Плавность работы и отсутствие вибраций. В турбине происходит только вращательное движение ротора, которое идеально сбалансировано. В поршневой машине возвратно-поступательное движение массивных поршней и шатунов создает значительные инерционные нагрузки и вибрации, требующие массивного фундамента.
• Высокая скорость вращения. Турбины могут развивать скорость в тысячи и десятки тысяч оборотов в минуту. Это позволяет напрямую соединять их с высокоскоростными механизмами, такими как электрогенераторы на тепловых и атомных электростанциях, что упрощает конструкцию и повышает надежность.
• Чистота пара на выходе. В паровой машине в цилиндры для смазки подается масло, которое затем смешивается с отработавшим паром. В турбине пар не контактирует со смазочными материалами. Это позволяет использовать конденсат отработавшего пара для питания котла без дополнительной сложной очистки от масла, что критически важно для надежной работы котельного оборудования.

Ответ: Преимущества паровой турбины над поршневым паровым двигателем заключаются в более высоком КПД, большей единичной мощности при меньших габаритах и весе, плавности работы без вибраций, высокой скорости вращения и отсутствии масла в отработавшем паре.