Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)

Т. и. возникает в условиях детального равновесия в веществе (см. Детального равновесия принцип ) для всех безызлучательных процессов, то есть для различных типов столкновений частиц в газах и плазме, для обмена энергиями электронного и колебательного движений в твёрдых телах и т. д. Равновесное состояние вещества в каждой точке пространства — состояние локального термодинамического равновесия (ЛТР) — при этом характеризуется значением температуры, от которого и зависит Т. и. вещества в данной точке.

В общем случае системы тел, для которой осуществляется лишь ЛТР и различные точки которой имеют различные температуры, Т. и. не находится в термодинамическом равновесии с веществом. Горячие тела испускают больше, чем поглощают, а более холодные — наоборот. Происходит перенос излучения от более горячих тел к более холодным. Для поддержания стационарного состояния, при котором сохраняется распределение температуры в системе, необходим подвод теплоты к более горячим телам и отвод от более холодных; это может осуществляться как в природных условиях (например, в атмосфере Земли), так и искусственно (например, в лампах накаливания).

При полном термодинамическом равновесии все части системы тел имеют одну температуру и энергия Т. и., испускаемого каждым телом, компенсируется энергией поглощаемого этим телом Т. и. др. тел. В этом случае Т. и. находится в термодинамическом равновесии с веществом и называется равновесным излучением (равновесным является Т. и. абсолютно чёрного тела ). Спектр равновесного излучения не зависит от природы вещества и определяется Планка законом излучения .

Для Т. и. нагретых тел в общем случае справедлив Кирхгофа закон излучения , связывающий их испускательную и поглощательную способности с испускательной способностью абсолютно чёрного тела.

При наличии ЛТР, применяя законы излучения Кирхгофа и Планка к испусканию и поглощению Т. и. в газах и плазме, можно изучать процессы переноса излучения. Такое рассмотрение широко используется в астрофизике , в частности в теории звёздных атмосфер.

Лит.: Планк М., Теория теплового излучения, пер. с нем., Л.— М., 1935; Соболев В. В., Перенос лучистой энергии в атмосферах звезд и планет, М., 1956; Боеворт Р. Ч. Л., Процессы теплового переноса, пер. с англ., М., 1957; Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962.

М. Л. Ельяшевич.

Тепловое расширение

Теплово'е расшире'ние, изменение размеров тела в процессе его нагревания. Количественно Т. р. при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом Т. р.)

. Практически значение а определяется из соотношения

, где

 -объем газа, жидкости или твёрдого тела при температуре Т₂ > T₁,V — исходный объём тела (разность температур T₂ — T₁ берётся небольшой). Для характеристики Т. р. твёрдых тел наряду с a вводят коэффициент линейного T. р.

, где l — первоначальная длина тела вдоль выбранного направления. В общем случае анизотропных тел

, причём различие или равенство линейных коэффициентов Т. Р.

 вдоль кристаллографических осей х, у, z определяется симметрией кристалла. Например, для кристаллов кубической системы, так же как и для изотропных тел,

 и

. Для большинства тел a > 0, но существуют исключения, например вода при нагреве от 0 до 4 °С при атмосферном давлении сжимается (a < 0). Зависимость a от Т наиболее заметна у газов (для идеального газа a = 1/T ), у жидкостей она проявляется слабее. У ряда веществ в твёрдом состоянии — кварца , инвара и других — коэффициент а мал и практически постоянен в широком интервале температур. При T ® 0 коэффициент Т. р. a а ® 0.

Значение изобарического коэффициента расширения некоторых газов,

жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении

Коэффициент объёмного расширения	Коэффициент линейного расширения
Вещество	Температура, °С	ax10^3 , (°C)^–1	Вещество	Температура, °С	ax10^6 , (°C)^–1
Газы Гелий Водород Кислород Азот Воздух (без СО2 ) Жидкости Вода Ртуть Глицерин Бензол Ацетон Этиловый спирт	0—100 » » » » 10 20 80 20 » » » »	3,658 3,661 3,665 3,674 3,671 0,0879 0,2066 0,6413 0,182 0,500 1,060 1,430 1,659	Твёрдые тела Углерод алмаз графит Кремний Кварц || оси ^оси плавленный Стекло крон флинт Вольфрам Медь Латунь Алюминий Железо	20 » 3—18 40 40 0—100 0—100 0—100 25 25 20 25 25	1,2 7,9 2,5 7,8 14,1 0,384 ~9 ~7 4,5 16,6 18,9 25 12

Т. р. газов обусловлено увеличением кинетической энергии частиц газа при его нагреве и совершением за счёт этой энергии работы против внешнего давления. У твёрдых тел и жидкостей Т. р. связано с несимметричностью (ангармоничностью) тепловых колебаний атомов, благодаря чему межатомные расстояния с ростом Т увеличиваются. Экспериментальное определение а и а_л осуществляется методами дилатометрии . Т. р. тел учитывается при конструировании всех установок, приборов и машин, работающих в переменных температурных условиях.

Лит.: Новикова С. И., Тепловое расширение твердых тел, М., 1974; Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961; Перри Д ж., Справочник инженера-химика, пер. с англ., т. 1, Л., 1969.

Тепловоз

Теплово'з, один из видов локомотивов , на котором первичным двигателем является двигатель внутреннего сгорания. Основные элементы Т.: тепловозный двигатель , силовая передача , экипажная часть, вспомогательное оборудование. Установленный в машинном отделении Т. двигатель превращает тепловую энергию сжигаемого топлива в механическую или электрическую энергию, которая через механическую, гидромеханическую или электрическую силовую передачу реализуется в движение колёсных пар .

Идея использования теплового двигателя на локомотиве возникла в конце 19 в. Предшественники Т. — автодрезины , мотовозы , создававшиеся главным образом для внутризаводских перевозок. Русский инженер В. И. Гриневецкий в 1908—12 создал опытный двигатель внутреннего сгорания, приспособленный к переменным нагрузкам, возникающим при работе локомотива. Т. с таким двигателем и прямой передачей был спроектирован, но не был построен. В 1922 Т. оригинальной конструкции с механическим генератором газа предложил советский инженер А. Н. Шелест. (Его идея была осуществлена только в 50-е гг. 20 в. в Швеции.) Первый магистральный Т. (рис. 1 ) был создан в СССР в 1924 по проекту Я. М. Гаккеля . Наиболее распространены Т. с электрической передачей (рис. 2, 3 ), в которых коленчатый вал основного двигателя вращает якорь главного электрогенератора, вырабатывающего электрический ток для питания тяговых электродвигателей. Через зубчатую передачу вращение якорей тяговых электродвигателей передаётся колёсным парам.

К экипажной части Т. относятся главная рама, двух-, трёх- или четырёхосные тележки с колёсными парами, буксами и рессорным подвешиванием (см. Подвеска ). На главной раме Т. располагается кузов. Т. выполняются одно-, двух- и трёхкузовными (одно-, двух- и трёхсекционными). В кузове размещается кабина машиниста, из которой осуществляется управление Т. Машинист при помощи контроллера устанавливает определённую частоту вращения вала двигателя, а изменение режимов работы электрогенератора и тяговых электродвигателей производится автоматически в зависимости от профиля ж.-д. пути. От машинной части кабину обычно отделяет аппаратная камера, в которой размещены приборы и аппараты для выполнения переключений в силовой цепи Т. В машинном отделении, кроме двигателя, находится главный генератор, компрессор, аккумуляторная батарея, фильтры и т. п. Т. — экономичный локомотив, на котором энергия топлива используется примерно в 6 раз эффективней, чем на паровозе. Современные Т. имеют расчётный кпд 28—32%, развивают скорость 120—160 км/ч и более.

Лит.: Якобсон П. В., История тепловоза в СССР, М., 1960; Тепловоз ТЭЗ, 5 изд., М., 1973; Тепловозы СССР. Каталог-справочник, М., 1974.

П. И. Кметик.

Рис. 3. Двухсекционный тепловоз 2ТЭ116 — 001 с двумя дизелями общей мощностью 4400 квт (6000 л. с. ). Ворошиловград. 1971.

Рис. 1. Первый магистральный тепловоз с дизелем мощностью 750 квт (1000 л. с. ), построенный в СССР в 1924.