Тепловые двигатели

Вам хорошо известен один из основных законов природы - закон сохранения и превращения энергии. Согласно этому закону энергия не может возникнуть из ничего и исчезнуть бесследно. Она может лишь превращаться из одного вида в другой и при этом в эквивалентных количествах. Механическая энергия может превращаться в тепловую, тепловая энергия может превращаться в механическую. Но существует еще один закон термодинамики, еще один закон природы. Механическую энергию можно полностью превратить в тепловую энергию, в то время как обратный процесс - полное превращение тепловой энергии в механическую - невозможен. Поэтому в любой тепловой машине, в любом тепловом двигателе, в котором происходит превращение тепловой энергии нагревателя в механическую, кроме нагревателя, который отдает свое тепло рабочему веществу, обязательно присутствует еще один элемент, еще одна часть двигателя - так называемый холодильник. В холодильнике рабочее вещество отдает часть своей тепловой энергии, которое оно получило от нагревателя. Таким образом, в любом тепловом двигателе есть нагреватель, рабочее вещество и холодильник.

Мы покажем вам две модели тепловых двигателей.

В первой модели нагревателем является электрическая лампа накаливания, которая светит снизу и нагревает при этом сосуд. В сосуде находятся жидкость и воскообразное вещество. Плотность воскообразного вещества почти равна плотности жидкости, и когда лампа нагревает это воскообразное вещество, оно расширяется, становится менее плотным, чем жидкость, и благодаря выталкивающей силе, архимедовой силе поднимается вверх. Но когда оно поднимается вверх, оно попадает в более холодные слои жидкости и отдает здесь часть тепловой энергии, остывая в верхних слоях жидкости, соприкасающихся с атмосферой. Таким образом, в этой модели теплового двигателя нагревателем является лампа накаливания, холодильником является воздушная атмосфера, а рабочим веществом, рабочим телом является это воскообразное вещество. Нагреватель совершает работу по перемещению воскообразного вещества за счет превращения тепловой энергии в механическую, но часть теплоты обязательно передается окружающему воздуху - холодильнику.

Второй моделью теплового двигателя являются вот эти качели. В этот цилиндрический сосуд налита теплая вода, и теплая вода здесь является нагревателем, а холодильником, как и раньше, является воздушная атмосфера. Сами качели устроены следующим образом. Это две камеры, верхняя в данный момент и вот эта нижняя, сейчас они поменяются местами, эти две камеры соединены трубкой. Из камер и трубки выкачан воздух, и камера и трубка заполнены легко испаряющейся жидкостью - эфиром. Когда камера попадает в горячую воду, эфир нагревается, быстро испаряется, и пары испарившегося эфира давят на жидкий эфир, продавливая жидкий эфир из нижней камеры в верхнюю. По мере продавливания жидкости в верхнюю камеру масса жидкости в верхней камере возрастает, и в какой-то момент верхняя камера перевешивает нижнюю камеру и идет вниз. Процесс повторяется. В этой модели теплового двигателя нагревателем, как я уже говорил, является горячая вода, холодильником - воздушная атмосфера, а рабочим веществом является эфир, заполняющий эту систему.