Топлинни машини

Топлинна машина

1. Кои са трите основни части на всяка топлинна машина?

   • Нагревател, работно тяло и хладилник
   • Бутало, колело и лост
   • Двигател, скорости и спирачки
   • Помпа, клапан и тръба

   Отговор: Нагревател, работно тяло и хладилник

   Работното тяло получава топлина от нагревателя, извършва работа и отдава част от топлината на хладилника.

2. Коя част на топлинната машина извършва работа, като се разширява?

   • Корпусът
   • Работното тяло (газ или пара)
   • Нагревателят
   • Хладилникът

   Отговор: Работното тяло (газ или пара)

   Работното тяло получава топлина, разширява се и извършва работа.

3. Какво е нагревателят в двигателя на автомобил?

   • Радиаторът
   • Ауспухът
   • Изгарящото в цилиндъра гориво
   • Акумулаторът

   Отговор: Изгарящото в цилиндъра гориво

   Горивото изгаря в цилиндъра и нагрява газа, който е работното тяло.

4. Какво превръщение на енергия извършва топлинната машина?

   • Превръща механична работа в топлина
   • Превръща електрическа енергия в светлина
   • Превръща вътрешна енергия (топлина) в механична работа
   • Превръща кинетична енергия в потенциална

   Отговор: Превръща вътрешна енергия (топлина) в механична работа

   Горещото работно тяло се разширява и извършва работа.

5. Кое от изброените е топлинна машина?

   • Електромоторът
   • Парната турбина
   • Хидравличната преса
   • Велосипедът

   Отговор: Парната турбина

   Парната турбина превръща вътрешната енергия на парата в механична работа.

6. Как работи топлинната машина, за да извършва работа непрекъснато?

   • Циклично, процесите се повтарят
   • Само веднъж
   • Само при охлаждане
   • Без изменение на работното тяло

   Отговор: Циклично, процесите се повтарят

   Работното тяло периодично се връща в началното си състояние и цикълът се повтаря.

7. Защо топлинната машина задължително отдава част от топлината на хладилник?

   • За да пести гориво
   • За да охлажда шофьора
   • Без това работното тяло не може да се върне в началното състояние и да работи циклично
   • Не е задължително

   Отговор: Без това работното тяло не може да се върне в началното състояние и да работи циклично

   За да се повтаря цикълът, работното тяло трябва да се охлади, а това става чрез отдаване на топлина.

8. Какво е хладилник за парната машина на стар локомотив?

   • Огънят в пещта
   • Околният въздух, в който се изпуска парата
   • Котелът
   • Колелата

   Отговор: Околният въздух, в който се изпуска парата

   Отработената пара се изпуска навън и отдава топлина на околния въздух.

9. Кое е работното тяло на парната машина?

   • Въздухът
   • Хелият
   • Въглеродният диоксид
   • Водната пара

   Отговор: Водната пара

   В парната машина водата се превръща в пара в котела и парата бута буталото.

10. Коя е първата широко използвана топлинна машина?

    • Парната машина
    • Двигателят с вътрешно горене
    • Реактивният двигател
    • Газовата турбина

    Отговор: Парната машина

    Парната машина задвижва фабриките и локомотивите по време на индустриалната революция.

11. Какво превръщане на енергия става при изгаряне на горивото в топлинната машина?

    • Механична в химична
    • Светлинна в електрична
    • Химична енергия във вътрешна (топлина)
    • Вътрешна в химична

    Отговор: Химична енергия във вътрешна (топлина)

    При горенето химичната енергия на горивото се отделя като топлина, която после частично става работа.

12. Каква енергия получаваме накрая в топлоелектрическа централа (ТЕЦ)?

    • Химична
    • Електрическа, чрез генератор
    • Ядрена
    • Светлинна

    Отговор: Електрическа, чрез генератор

    Турбината (топлинна машина) върти генератор, който произвежда електрическа енергия.

13. Двигател получава 2000 J топлина от нагревателя и извършва работа 500 J. Колко топлина отдава на хладилника?

    • 2500 J
    • 500 J
    • 1500 J
    • 1000 J

    Отговор: 1500 J

    Q₂ = Q₁ − A = 2000 − 500 = 1500 J.

14. Топлинна машина за един цикъл получава 3 kJ топлина и отдава 2,1 kJ на хладилника. Каква работа извършва за 10 цикъла?

    • 0,9 kJ
    • 51 kJ
    • 21 kJ
    • 9 kJ

    Отговор: 9 kJ

    За един цикъл A = 3 − 2,1 = 0,9 kJ, за 10 цикъла 9 kJ.

15. Топлинна машина извършва работа 4 kJ за един цикъл и прави 5 цикъла в секунда. Каква е мощността ѝ?

    • 20 kW
    • 0,8 kW
    • 4 kW
    • 9 kW

    Отговор: 20 kW

    За 1 s работата е 5 · 4 kJ = 20 kJ, значи P = 20 kW.

Коефициент на п. д.

1. Какво показва коефициентът на полезно действие (КПД) на топлинна машина?

   • Колко гориво изгаря за час
   • Каква е мощността ѝ
   • Каква е температурата на нагревателя
   • Каква част от получената топлина става полезна работа

   Отговор: Каква част от получената топлина става полезна работа

   η = A/Q₁, изразява се в части или в проценти.

2. В какво обикновено се изразява КПД?

   • В джаули
   • В проценти
   • Във ватове
   • В келвини

   Отговор: В проценти

   КПД е отношение на две енергии, затова е безразмерен и се дава в проценти.

3. С коя буква се обозначава КПД?

   • α
   • η (ета)
   • λ
   • ρ

   Отговор: η (ета)

   Коефициентът на полезно действие се бележи с гръцката буква η.

4. Двигател получава 5000 J топлина и извършва работа 1500 J. Какъв е КПД му?

   • 30 %
   • 70 %
   • 33 %
   • 3,3 %

   Отговор: 30 %

   η = 1500 : 5000 = 0,3 = 30 %.

5. Двигател извършва работа 300 J и отдава 700 J на хладилника. Какъв е КПД му?

   • 23 %
   • 70 %
   • 43 %
   • 30 %

   Отговор: 30 %

   Q₁ = 300 + 700 = 1000 J, η = 300 : 1000 = 30 %.

6. Двигател има КПД 40 %. Каква част от получената топлина се отдава на хладилника?

   • 40 %
   • 100 %
   • 140 %
   • 60 %

   Отговор: 60 %

   100 % − 40 % = 60 % от топлината не става работа и се отдава на хладилника.

7. Двигател с КПД 25 % извършва работа 800 J. Колко топлина получава от нагревателя?

   • 3200 J
   • 200 J
   • 1000 J
   • 3000 J

   Отговор: 3200 J

   Q₁ = A/η = 800 : 0,25 = 3200 J.

8. Какво означава, че двигател има КПД 35 %?

   • 35 % от топлината на горивото става полезна работа
   • 35 % от топлината се отдава на хладилника
   • Двигателят работи 35 % от времето
   • Двигателят изгаря 35 % от горивото

   Отговор: 35 % от топлината на горивото става полезна работа

   КПД е отношението на полезната работа към получената топлина.

9. Двигател А от 1000 J топлина извършва 300 J работа, а двигател Б от 2000 J извършва 500 J. Кой има по-голям КПД?

   • Двигател А
   • Двигател Б
   • Еднакъв е
   • Не може да се определи

   Отговор: Двигател А

   η_А = 30 %, η_Б = 25 %.

10. Кой двигател обикновено има по-голям КПД?

    • Бензиновият
    • Дизеловият
    • Имат еднакъв КПД
    • Парната машина

    Отговор: Дизеловият

    Дизеловият двигател работи с по-голямо сгъстяване и по-висока температура и има КПД около 35-40 %, а бензиновият около 25-30 %.

11. Как може да се увеличи КПД на топлинната машина?

    • С по-бавна работа
    • С по-малко гориво
    • С по-висока температура на хладилника
    • С по-висока температура на нагревателя и по-ниска на хладилника

    Отговор: С по-висока температура на нагревателя и по-ниска на хладилника

    Колкото по-голяма е разликата в температурите на нагревателя и хладилника, толкова по-голям може да е КПД.

12. Двигател А има КПД 25 %, а двигател Б има 35 %. Колко топлина по-малко получава Б, за да извърши работа 700 J?

    • 100 J
    • 200 J
    • 800 J
    • 2800 J

    Отговор: 800 J

    А получава 700 : 0,25 = 2800 J, Б получава 700 : 0,35 = 2000 J, разликата е 800 J.

13. Двигател с КПД 30 % изгаря 1 kg бензин, при което се отделя топлина 46 MJ. Колко е полезната работа?

    • 13,8 MJ
    • 32,2 MJ
    • 15,3 MJ
    • 4,6 MJ

    Отговор: 13,8 MJ

    A = ηQ = 0,3·46 = 13,8 MJ.

14. Двигател с КПД 25 % извършва полезна работа 23 MJ. Колко kg бензин изгаря? (q = 46 MJ/kg)

    • 0,5 kg
    • 4 kg
    • 1 kg
    • 2 kg

    Отговор: 2 kg

    Q = A/η = 23 : 0,25 = 92 MJ, m = 92 : 46 = 2 kg.

15. Кола с двигател с КПД 25 % се движи равномерно 10 km с теглителна сила 1150 N. Колко kg бензин изгаря? (q = 46 MJ/kg)

    • 0,25 kg
    • 1 kg
    • 4 kg
    • 0,5 kg

    Отговор: 1 kg

    A = 1150 · 10 000 = 11,5 MJ, Q = 11,5 : 0,25 = 46 MJ, т.е. 1 kg бензин.

Четиритактов двигател

1. Кой е първият такт на четиритактовия двигател?

   • Изпускане
   • Всмукване
   • Работен ход
   • Сгъстяване

   Отговор: Всмукване

   Редът е: всмукване, сгъстяване, работен ход, изпускане.

2. Кой е последният (четвъртият) такт на двигателя?

   • Изпускане
   • Сгъстяване
   • Работен ход
   • Всмукване

   Отговор: Изпускане

   Тактовете са: всмукване, сгъстяване, работен ход и изпускане.

3. Как се нарича тактът, при който горещите газове се разширяват и бутат буталото?

   • Работен ход
   • Всмукване
   • Изпускане
   • Сгъстяване

   Отговор: Работен ход

   Само при работния ход газът извършва полезна работа.

4. Какво запалва горивната смес в бензиновия двигател?

   • Горещият въздух от сгъстяването
   • Пламък от горелка
   • Изпускателният клапан
   • Искра от запалителна свещ

   Отговор: Искра от запалителна свещ

   Самозапалването от сгъстения въздух е при дизеловия двигател, а бензиновият има свещ.

5. Какво движение извършва буталото в цилиндъра?

   • Буталото е неподвижно
   • Възвратно-постъпателно (нагоре и надолу)
   • По окръжност
   • Въртеливо

   Отговор: Възвратно-постъпателно (нагоре и надолу)

   Буталото се движи нагоре и надолу, а коляновият вал превръща това движение във въртеливо.

6. Какво влиза в цилиндъра на бензиновия двигател при всмукването?

   • Само бензин
   • Отработени газове
   • Смес от въздух и бензинови пари
   • Вода

   Отговор: Смес от въздух и бензинови пари

   В бензиновия двигател се всмуква горивна смес от въздух и бензин.

7. При кои тактове двата клапана са затворени?

   • При всмукване и изпускане
   • Само при изпускане
   • Никога не са затворени едновременно
   • При сгъстяване и работен ход

   Отговор: При сгъстяване и работен ход

   Затворените клапани позволяват сместа да се сгъсти и горещите газове да тласнат буталото.

8. При кой такт е отворен всмукателният клапан?

   • При всмукването
   • При работния ход
   • При сгъстяването
   • При изпускането

   Отговор: При всмукването

   При всмукването буталото слиза и през отворения всмукателен клапан влиза горивна смес или въздух.

9. Кога газовете в цилиндъра имат най-висока температура и налягане?

   • При всмукването
   • При изпускането
   • В началото на сгъстяването
   • В началото на работния ход, след запалването

   Отговор: В началото на работния ход, след запалването

   Веднага след запалването изгарящата смес силно нагрява газа в малкия обем.

10. Колко оборота прави коляновият вал за един пълен цикъл (четири такта)?

    • 2
    • 1
    • 4
    • 0,5

    Отговор: 2

    Всеки такт е половин оборот, а четири такта са два оборота.

11. Защо дизеловият двигател няма запалителни свещи?

    • Запалва се от искра от акумулатора
    • Горивото се самозапалва в силно сгъстения и нагорещен въздух
    • Запалва се от изпускателните газове
    • Дизелът изобщо не гори

    Отговор: Горивото се самозапалва в силно сгъстения и нагорещен въздух

    При силното сгъстяване въздухът се нагрява над температурата на самозапалване на впръснатото гориво.

12. Какво е мъртва точка на буталото?

    • Мястото на свещта
    • Крайното горно или долно положение на буталото
    • Повреда в двигателя
    • Средата на цилиндъра

    Отговор: Крайното горно или долно положение на буталото

    В мъртвите точки буталото спира за миг и сменя посоката си.

13. За какво служи маховикът на двигателя?

    • Охлажда двигателя
    • Запалва горивната смес
    • Запасява кинетична енергия от работния ход и върти вала през другите тактове
    • Пречиства отработените газове

    Отговор: Запасява кинетична енергия от работния ход и върти вала през другите тактове

    Само един такт от четирите извършва работа, затова маховикът поддържа въртенето.

14. Четирицилиндров четиритактов двигател работи при 3000 оборота на коляновия вал в минута. Колко работни хода общо стават за 1 s?

    • 100
    • 200
    • 25
    • 50

    Отговор: 100

    Всеки цилиндър има 1 работен ход на 2 оборота: 1500 в минута. За 4 цилиндъра 6000 в минута, т.е. 100 в секунда.

15. Коляновият вал на четиритактов двигател прави 2400 оборота в минута. Колко пъти в минута се отваря изпускателният клапан на един цилиндър?

    • 2400
    • 4800
    • 1200
    • 600

    Отговор: 1200

    Един цикъл е 2 оборота и в него клапанът се отваря веднъж: 2400 : 2 = 1200.

Видове двигатели

1. Кой учен усъвършенства парната машина през XVIII век?

   • Джеймс Уат
   • Рудолф Дизел
   • Николаус Ото
   • Исак Нютон

   Отговор: Джеймс Уат

   Уат добавя отделен кондензатор и прави парната машина много по-икономична.

2. Какво гориво използва дизеловият двигател?

   • Дърва
   • Бензин
   • Въглища
   • Дизелово гориво

   Отговор: Дизелово гориво

   Дизеловото гориво се впръсква в сгъстения горещ въздух и се самозапалва.

3. Кое превозно средство се задвижва от двигател с вътрешно горене?

   • Платноходка
   • Велосипед
   • Електрическа тротинетка
   • Мотоциклет

   Отговор: Мотоциклет

   Мотоциклетът обикновено има бензинов двигател с вътрешно горене.

4. Кой построява през 1876 г. първия работещ четиритактов двигател с вътрешно горене?

   • Джеймс Уат
   • Николаус Ото
   • Рудолф Дизел
   • Блез Паскал

   Отговор: Николаус Ото

   Четиритактовият цикъл на бензиновия двигател се нарича цикъл на Ото.

5. Защо ракетният двигател може да работи в Космоса, където няма въздух?

   • Ракетата носи и гориво, и окислител
   • Двигателят работи с пара
   • В Космоса има кислород
   • Работи само със слънчева енергия

   Отговор: Ракетата носи и гориво, и окислител

   Горенето изисква окислител, а ракетата го носи в резервоарите си.

6. Какъв двигател задвижва повечето камиони и големи кораби?

   • Парен
   • Дизелов
   • Ракетен
   • Реактивен

   Отговор: Дизелов

   Дизеловите двигатели са икономични и мощни, затова се ползват при тежкия транспорт.

7. Кой от изброените е двигател с вътрешно горене?

   • Парната машина на локомотив
   • Парната турбина в ТЕЦ
   • Двигателят на лек автомобил
   • Електромоторът на тролейбус

   Отговор: Двигателят на лек автомобил

   Горивото изгаря вътре в цилиндъра, а при парната машина горивото изгаря в отделна пещ.

8. В кой двигател горещата пара или газ върти колело с лопатки?

   • В електромотора
   • В дизеловия двигател
   • В турбината
   • В буталния бензинов двигател

   Отговор: В турбината

   В турбината струята пара или газ върти вал с лопатки.

9. Какви двигатели има хибридният автомобил?

   • Двигател с вътрешно горене и електромотор
   • Само електромотор
   • Само парна машина
   • Реактивен двигател

   Отговор: Двигател с вътрешно горене и електромотор

   Хибридът съчетава двигател с вътрешно горене с електромотор и батерия.

10. На какъв принцип работи реактивният двигател на самолет?

    • Върти перка с пара
    • Използва електромагнит
    • Отблъсква се от въздуха с крилата
    • Изхвърля назад газове с голяма скорост и получава тласък напред

    Отговор: Изхвърля назад газове с голяма скорост и получава тласък напред

    Изгорелите газове излизат назад, а двигателят и самолетът получават тласък напред.

11. Кой е основният недостатък на парната машина в сравнение с двигателя с вътрешно горене?

    • Не отделя топлина
    • Малък КПД и голяма маса
    • Има твърде голям КПД
    • Не може да работи с въглища

    Отговор: Малък КПД и голяма маса

    Парната машина е двигател с външно горене, тежка е и губи много топлина.

12. Кой създава през 1885-1886 г. първия автомобил с бензинов двигател?

    • Хенри Форд
    • Джеймс Уат
    • Карл Бенц
    • Рудолф Дизел

    Отговор: Карл Бенц

    Карл Бенц патентова през 1886 г. своя триколесен автомобил с бензинов двигател.

13. Какви топлинни двигатели въртят генераторите в топлоелектрическите централи?

    • Двигатели с вътрешно горене
    • Парни турбини
    • Реактивни двигатели
    • Вятърни двигатели

    Отговор: Парни турбини

    Горещата пара под налягане върти лопатките на турбината, а тя върти генератора.

14. Защо електромобилът не се смята за топлинна машина?

    • Използва двигател с вътрешно горене
    • Има твърде малък КПД
    • Не се движи по пътищата
    • Задвижва се от електромотор, без да изгаря гориво

    Отговор: Задвижва се от електромотор, без да изгаря гориво

    Електромоторът превръща електрична енергия в механична, без нагревател и хладилник.

15. Как се нарича двигателят с вътрешно горене, при който всеки цилиндър има работен ход при всеки оборот на вала?

    • Четиритактов
    • Реактивен
    • Парна турбина
    • Двутактов

    Отговор: Двутактов

    При двутактовия двигател целият цикъл става за два хода на буталото, т.е. за един оборот.

Екология

1. Кой газ, отделян при изгаряне на горива, засилва парниковия ефект?

   • Кислород (O₂)
   • Азот (N₂)
   • Въглероден диоксид (CO₂)
   • Хелий (He)

   Отговор: Въглероден диоксид (CO₂)

   CO₂ задържа част от топлинното излъчване на Земята.

2. Кой вид транспорт не отделя отработени газове при движение?

   • Мотоциклетът
   • Камионът
   • Велосипедът
   • Дизеловият автобус

   Отговор: Велосипедът

   Велосипедът се задвижва от мускулната сила на човека.

3. Кой източник на енергия не замърсява въздуха с отработени газове при работа?

   • Слънчевата енергия
   • Въглищата
   • Дизеловото гориво
   • Мазутът

   Отговор: Слънчевата енергия

   Слънчевите панели произвеждат ток, без да изгарят гориво.

4. Какво прави каталитичният конвертор в автомобила?

   • Увеличава мощността на двигателя
   • Превръща част от вредните газове в по-малко вредни
   • Филтрира въздуха в купето
   • Подава гориво в цилиндрите

   Отговор: Превръща част от вредните газове в по-малко вредни

   В него CO и азотните оксиди се превръщат главно в CO₂, N₂ и вода.

5. Кой отровен газ без цвят и мирис се образува при непълно изгаряне на горивото?

   • Азот
   • Водна пара
   • Кислород
   • Въглероден оксид (CO)

   Отговор: Въглероден оксид (CO)

   Въглеродният оксид се свързва с хемоглобина и пречи на пренасянето на кислород.

6. Какво са фините прахови частици (ФПЧ)?

   • Капки дъжд
   • Само цветен прашец
   • Много малки частици във въздуха, вредни за дишането
   • Полезни минерали

   Отговор: Много малки частици във въздуха, вредни за дишането

   ФПЧ проникват дълбоко в белите дробове и увреждат здравето.

7. Как може да се намали замърсяването на въздуха от транспорта в града?

   • С по-големи двигатели
   • С по-дълго работене на празен ход
   • С премахване на филтрите
   • С повече обществен транспорт, велосипеди и електромобили

   Отговор: С повече обществен транспорт, велосипеди и електромобили

   По-малко изгорено гориво означава по-малко отработени газове.

8. Кои вещества в изгорелите газове причиняват киселинни дъждове?

   • Водна пара
   • Хелий и неон
   • Серни и азотни оксиди
   • Кислород и азот

   Отговор: Серни и азотни оксиди

   Серните и азотните оксиди се разтварят в дъждовните капки и образуват киселини.

9. Какво е парниковият ефект?

   • Охлаждане на Земята от облаците
   • Задържане на топлинното излъчване на Земята от газове в атмосферата
   • Отглеждане на растения в оранжерии
   • Разрушаване на озоновия слой

   Отговор: Задържане на топлинното излъчване на Земята от газове в атмосферата

   Газове като CO₂ пропускат слънчевата светлина, но задържат част от топлинното излъчване на Земята.

10. Какво е смог?

    • Вид облак на голяма височина
    • Водна пара от езерата
    • Прашна буря в пустинята
    • Смес от мъгла, дим и замърсители над градовете

    Отговор: Смес от мъгла, дим и замърсители над градовете

    Смогът се образува при безветрие, когато замърсителите остават ниско над града.

11. Какво е глобалното затопляне?

    • Сезонно лятно затопляне
    • Затопляне на една стая
    • Повишаване на средната температура на Земята
    • Нагряване на двигателя

    Отговор: Повишаване на средната температура на Земята

    Засиленият парников ефект води до постепенно покачване на средната температура на планетата.

12. Как горите помагат срещу засилването на парниковия ефект?

    • Отделят CO₂
    • Охлаждат Слънцето
    • Спират вятъра
    • Поглъщат CO₂ при фотосинтезата

    Отговор: Поглъщат CO₂ при фотосинтезата

    Растенията поглъщат въглероден диоксид и отделят кислород.

13. Какво определят европейските стандарти „Евро“ (например Евро 6) за автомобилите?

    • Най-голямата разрешена скорост
    • Допустимите количества вредни вещества в отработените газове
    • Цената на колата в евро
    • Размерите на колата

    Отговор: Допустимите количества вредни вещества в отработените газове

    Стандартите ограничават например CO, азотните оксиди и праховите частици.

14. Защо в някои градове се въвеждат зони с ниски емисии?

    • За да се увеличи трафикът
    • За да се спестят пари от улично осветление
    • За да се ограничат най-замърсяващите стари автомобили
    • За да се забранят велосипедите

    Отговор: За да се ограничат най-замърсяващите стари автомобили

    В тези зони не се допускат автомобили с високи емисии, което подобрява качеството на въздуха.

15. Защо електромобилът не е напълно чист за природата, ако се зарежда с ток от ТЕЦ на въглища?

    • Гумите му горят
    • Отделя CO през ауспуха
    • При производството на тока в ТЕЦ се изгарят въглища
    • Батерията му образува смог

    Отговор: При производството на тока в ТЕЦ се изгарят въглища

    Замърсяването се пренася от улицата към електроцентралата, където се изгаря гориво.

Финален въпрос