Конспект урока по теме 'Тепловые машины'

Физика 8 класс

Тема: Тепловые двигатели.

Цель урока:

Рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях. Объяснить учащимся устройство и принцип работы паровой турбины.

Демонстрации:

1. Работа газа и пара при расширении.

2. Устройство и действие паровой турбины.

ХОД УРОКА

1. Изучение нового материала.

План изложения нового материала:

1. Виды тепловых двигателей.

2. КПД тепловой машины.

3. Влияние работы тепловых машин на окружающую среду.

1. Переходя к рассмотрению основного материала, необходимо подчеркнуть, что все физические явления, законы в конечном итоге находят применение в повседневной жизни человека. Жизнь людей невозможна без использования различных видов энергии. Источниками энергии являются различные виды топлива, энергия ветра, солнечная энергия, энергия приливов и отливов.

Поэтому существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой.

Таким образом, машина - устройство, которое служит для преобразования одного вида энергии в другой. Другого назначения у машин нет.

Электрические двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую, генераторы преобразуют механическую в электрическую, и так далее.

Тепловые машины преобразуют внутреннюю энергию в механическую. Внутренняя энергия тепловых машин образуется за счёт энергии топлива. К ним относятся: паровая машина, реактивный двигатель.

Разнообразие видов тепловых машин указывает лишь на различие в конструкции и принципах преобразования энергии. Общим для всех тепловых машин является то, что они изначально увеличивают свою внутреннюю энергию за счёт сгорания топлива, с последующим преобразованием внутренней энергии в механическую. Любой газ, который расширяется, совершает положительную работу:

- ∆U = A,

Где A - работа газа, - ∆U - уменьшение внутренней энергии.

2. Очевидно, что никогда не может произойти эквивалентного преобразования внутренней энергии в работу: часть внутренней энергии уходит на нагревание деталей машин, не преодоление трения в узлах на рассеивание в окружающую среду. Первая паровая машина преобразовала менее 1% от всей энергии в полезную работу.

Под коэффициентом полезного действия (КПД) машины понимают отношение работы к той энергии. Которая выделилась при полном сгорании топлива. КПД машины обозначается буквой ᵑ («эта»).

ᵑ = A : Q ۰ 100%.

Так как A< Q, для всех машин ᵑ < 100%.

Если проследить историю развития тепловых машин то следует заметить, что постоянное усовершенствование машин в конструкции, в создании новых видов топлива привело к тому. Что современные машины имеют достаточно высокие значения КПД по сравнению с первоначальными моделями. Для современных паровых турбин КПД достигают 30-40%, для двигателей внутреннего сгорания 30-35%, для дизельных двигателей 35-42%.

3. При использовании тепловых машин остро встаёт вопрос загрязнения окружающей среды.

При сжигании топлива в атмосферу попадает очень много вредных выбросов. К ним можно отнести углекислый газ СО₂, угарный газ СО, различные виды сернистых соединений, а также соединение тяжёлых металлов.

Поэтому очень большое внимание следует уделять развитию методов защиты окружающей среды от этих продуктов сгорания и создание новых альтернативных источников энергии. К ним можно отнести двигатели, работающие на солнечной энергии, на электрической энергии, на энергии приливных волн и так далее. Именно это направление является наиболее перспективным.

Кроме того, такие виды топлива как нефть уголь, природный газ являются невосполнимыми источниками энергии. В ближайшие 50-100 лет человечество столкнётся с проблемой нехватки традиционных видов топлива.

С другой стороны, прогресс нашей цивилизации напрямую связан с применением различных видов тепловых машин: нет ни одной области человеческой деятельности, где бы ни применялись машины.

С момента, когда Джеймс Уатт в 1768 году построил первую паровую машину, до настоящего времени прошло более250 лет. За это время тепловые машины очень сильно изменили содержание человеческого труда. Именно применение этих машин позволило человечеству шагнуть в космос, раскрыть тайны морских глубин. Уровень развития любой страны определяется тем, какое количество различных машин приходится на душу населения.

Домашнее задание: