Номер 3, страница 50 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 3. Тепловые машины. Параграф 13. Паровая турбина. КПД тепловых двигателей. Вопросы - номер 3, страница 50.

Условие.

3. Назовите закон, который лежит в основе действия паровой турбины.

Решение.

2. Паровая турбина — это роторный тепловой двигатель, который преобразует тепловую и потенциальную энергию сжатого и нагретого пара в механическую работу вращения вала. Она состоит из следующих основных частей:
- Статор: это неподвижная часть турбины, которая включает в себя корпус и сопловые (направляющие) аппараты. Сопла в статоре служат для того, чтобы преобразовать потенциальную энергию пара (высокое давление) в кинетическую энергию (высокую скорость потока) и направить этот поток на рабочие лопатки ротора под нужным углом.
- Ротор: это вращающаяся часть турбины, состоящая из вала, на котором закреплены диски с рабочими лопатками. Поток пара, выходящий из сопел, ударяет по лопаткам и заставляет ротор вращаться, передавая ему свою энергию. Таким образом, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую работу.
- Корпус: прочная и герметичная оболочка, внутри которой располагаются ротор и статор. Корпус выдерживает высокое давление и температуру пара, а также направляет его движение через ступени турбины.
- Подшипники (опорные и упорные): служат опорой для вала ротора, обеспечивая его свободное вращение с минимальным трением и фиксируя его в осевом и радиальном направлениях.
- Система регулирования: комплекс устройств, включая клапаны и регуляторы, который контролирует количество подаваемого в турбину пара для поддержания необходимой частоты вращения вала или выходной мощности.

Ответ: Паровая турбина состоит из статора (с соплами), ротора (с рабочими лопатками), корпуса, подшипников и системы регулирования.

3. В основе принципа действия паровой турбины лежит фундаментальный закон сохранения и превращения энергии. В термодинамике этот закон выражается через Первый закон термодинамики.
Первый закон термодинамики утверждает, что изменение внутренней энергии термодинамической системы ($ΔU$) равно сумме работы ($A'$), совершённой над системой внешними силами, и количества теплоты ($\text{Q}$), переданного системе. Или, в другой формулировке, количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы ($\text{A}$) над внешними телами:
$Q = ΔU + A$
В паровой турбине рабочим телом является пар, обладающий высокой внутренней энергией за счет высокой температуры и давления. Проходя через турбину, пар расширяется, то есть совершает работу ($\text{A}$) по вращению ротора. Согласно закону сохранения энергии, эта работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии пара ($ΔU$ имеет отрицательное значение), что приводит к его охлаждению и падению давления. Таким образом, внутренняя (тепловая) энергия пара преобразуется в механическую работу.
Также для описания работы турбины важны и другие законы:
- Второй закон термодинамики определяет максимально возможный КПД такого преобразования энергии и указывает, что не вся тепловая энергия может быть превращена в работу.
- Законы механики Ньютона (в частности, второй и третий) описывают силовое взаимодействие потока пара с лопатками ротора, которое и приводит к его вращению.

Ответ: В основе действия паровой турбины лежит закон сохранения и превращения энергии, который в данном случае применяется в форме Первого закона термодинамики.