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	a×103 , (°C)–1	Вещество	Температура, °С	a×106 , (°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.

Рис. 2. Двухсекционный тепловоз 2ТЭ10Л с двумя дизелями общей мощностью 4400 квт (6000 л. с. ). Ворошиловград. 1962.

Тепловозный двигатель

Теплово'зный дви'гатель, двигатель внутреннего сгорания (дизель ), устанавливаемый на тепловозе. Отличие Т. д. от стационарных и судовых двигателей состоит в разнообразии режимов работы и частой их смене, что обусловлено различной массой поездов, переменным профилем пути, остановками, разными климатическими условиями (например, температура воздуха изменяется от -50 до 45 °С) и др. причинами. Удельный эффективный расход топлива Т. д. 204— 230г/ (квт×ч )[150— 170г/(л . с. × ч )]. Мощность Т. д. магистральных тепловозов достигает 4400 квт (»6000 л. с. ), наблюдается тенденция к росту мощности до 6000 квт (»8100 л. с. ). Т. д. присуща высокая степень форсирования по среднему эффективному давлению [р_е = 1,6—2,0 Мн/м² (p_e = 16—20 кгс/см² )]. Удельная масса (в пересчёте на эффективную мощность) 3,3—22 кг/квт (2,4—16 кг/л. с. ). Максимальная частота вращения коленчатого вала 750—1500 об/мин. В зависимости от мощности на Т. д. расположены 6—20 цилиндров в 1—2 ряда или V-образно. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра 0,9—1,4. Цилиндровую мощность повышают в основном путём увеличения давления наддува до 0,3 Мн/м² (3 кгс/см² ) и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. На маневровых тепловозах устанавливают Т. д. мощностью 550—1400 квт (750— 2000 л. с. ). Т. д. характеризуются высокой степенью автоматизации, осуществляемой регуляторами частоты вращения и мощности, регуляторами температуры воды и масла, устройствами защиты от ненормальных режимов эксплуатации. Продолжительность работы Т. д. до первого капитального ремонта — до 35 тысяч ч, что соответствует пробегу до 1,2 млн. км.