- Учителю
- 'Тепловые двигатели' Урок-лекция, 8 класс
'Тепловые двигатели' Урок-лекция, 8 класс
Урок-лекция
Цель урока: познакомить учащихся с историей создания тепловых машин и применении их в технике; рассказать о развитие техники; объяснить устройство и принцип работы ДВС.
ХОД УРОКА
Изложение материала.
-
Что такое тепловая машина. (слайд 2)
Жизнь людей невозможна без использования 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 - это устройство, которое служит для преобразования одного вида энергии в другой. Другого назначения у машины 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 и газовая турбины, двигатели внутреннего сгорания, дизель, 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.
-
История ДВС. (слайд 3,4)
Первое упоминание о тепловых двигателях относится к 200 г. до н. э. Герон Александрийский создал эолепил. Его можно назвать «прадедом» современных тепловых машин. Он представлял собой котёл, накрытый крышкой, от которой шла труба. В котле кипятили воду, а по трубе шёл пар. Под действием этого пара открывались двери храма, без помощи людей. Таким образом жрецы внушали людям своё всемогущество и силу.
«Дедом» тепловых двигателей является паровая машина непрерывного действия Ивана Ползунова (1763 г.). Она представляла собой цилиндр с поршнем, который мог подниматься под давлением пара и опускаться при его конденсации.
«Отцом» современных тепловых двигателей является Джёймс Уатт. В 1784 году он создал паровую машину с цилиндром двойного действия, в которой применил центробежный регулятор. Стоит отметить, что первые паровые машины были очень громоздки. Так паровая машина Уатта была высотой с трёхэтажный дом.
В тетрадях ребята записывают:»Виды тепловых машин»: паровая турбина, ДВС, дизель, реактивный двигатель.
-
Развитие техники. (слайды 5 - 12)
Процесс внедрения новых машин и технологий в сферу человеческой деятельности обычно бывает тернист и сложен.
Внедрение паровых котлов и машин в производство не имело несомненные достоинства, но и имело недостатки. Неполадки в котлах приводили к их частым взрывам и человеческим жертвам. Несомненно, это тормозило развитие отрасли, но процесс развития продолжался.
Первый паровоз построил англичанин Ричард Тревитик. Первая модель была неудачна как по конструкции, так и по невозможности применения на конной чугунной дороге - он ломал рельсы.
Родоначальником современной железной дороги - выдающийся английский изобретатель Джордж Стефенсон. В сентябре 1825 г. лучший из конструированных им паровозов, «Локомоушин», совершил первую поездку по линии Стоктон - Дарлингтон протяжённостью 21 км со скоростью около 12 км/ч.
В России первую железную дорогу с паровой тягой построил талантливый уральский мастер Мирон Ефимович Черепанов, которому помогал его отец Ефим Алексеевич Черепанов. Паровоз Черепановых начал ходить в августе 1834 г. в Нижнем Тагиле на Выйском заводе Демидовых. По железной дороге длиной 854 м перевозили груз массой до 3,3 т со скоростью 13 - 16 км/ч.
За более чем двухсотлетний период развития паровозов были построены очень удачные и экономичные для данного типа тепловых машин устройства. Лишь ближе к середине ХХ века на смену паровозам стали приходить электровозы и тепловозы.
В тепловозах вместо паровых машин стали применять двигатели внутреннего сгорания, а на электровозах - электрические двигатели. Скорости современных тепловозов и электровозов существенно отличаются от скоростей паровозов. Например: тепловоз ТЭ10Л - 100 км/ч;
тепловоз ТЭП60 - 160 км/ч;
электровоз ЭР-200 - 200 км/ч.
Сейчас созданы и более совершенные и экономичные модели тепловозов и электровозов.
Первый пароход «Клермонт» был построен в 1807 году американским изобретателем Р.Флтоном. Свой первый рейс он совершил из Нью-Йорка в Олбани по реке Гудзон со скоростью 9 км/ч. Он проплавал более 50 лет. Машина парохода вращала гребные колёса, находящиеся по бортам судна.
В России первый пароход «Елизавета» был сооружён в 1815 году. Он курсировал между Петербургом и Кронштадтом.
В 40-х годах 19 века на смену колёсам пришли гребные винты. К началу 20 века винтовые пароходы практически вытеснили суда с основных морских путей.
В 20 веке пароходы стали оборудовать мощными паротрубными установками. Они развивали скорость 62 км/ч.
В середине 20 века теплоходы вытеснили пароходы.
Первый аппарат тяжелее воздуха с мотором - аэроплан - сконструировали американские изобретатели братья Райт. 17 декабря 1903 года они же совершили на нём первый полёт. аэроплан пролетел 32 м, а сам полёт продолжался 59 секунд. Это был настоящий полёт, так был взлёт и была посадка. Первые самолёты были лёгкими, высота подъёма у них была небольшая и могли перевозить одного или двух человек, так как были оснащены маломощными двигателями. Скорость у них была около 30 км/ч.
Современные самолёты оснащены реактивными двигателями. Самолёты развивают скорость около 500 км/ч и более.
Ещё быстрее летают боевые самолёты: истребители способны летать в пять-шесть раз быстрее звука, то есть со скоростью почти 6000 км/ч.
Благодаря большой скорости, грузоподъёмности, надёжности в эксплуатации самолёт стал самым распространённым типом летательного аппарата.
Первый автомобиль с бензиновым двигателем появился в 1886 году. Создал его Г.Даймлер. Первые автомобили развивали скорость не более 25 км/ч.
Большая роль в развитии автомобилестроения принадлежит Генри Форду, который в начале 20 века начал выпуск автомобилей с конвейера.
В России первый автомобиль «Руссо-Балт» появился в 1908 году.
Большая часть современных машин оснащена бензиновыми двигателями. Более дешёвое топливо - дизельное - используется в дизельных двигателях, которые имеют большую мощность, чем бензиновые, но и более громоздки. Поэтому дизелями оснащают мощные автомобили - грузовики, тягачи, вездеходы.
Современные автомобили могут развивать скорость до 200 - 350 км/ч, а отдельные спортивные модели с газотурбинными двигателями разгоняются до 900 км/ч. Рекорд скорости принадлежит ракетному автомобилю «Траст SSC», который развил скорость 1227,9 км/ч.
-
Принцип работы ДВС. (слайд 13)
Теперь настало время узнать как работает двигатель внутреннего сгорания, который заставляет двигаться такие большие и тяжёлые машины.
Демонстрируется видеофрагмент о принципе работы ДВС.
-
Циклы работы ДВС. (слайд 14)
Ребята переносят информацию со слайда в тетрадь.
-
Формула для расчёта КПД ДВС. (слайд 15)
η = · 100%, где η - коэффициент полезного действия (КПД), измеряется в %;
А - полезная работа;
Q - количество теплоты, полученное от нагревателя.
КПД тепловых двигателей никогда не может быть более и быть равно 100%. Для современных паровых турбин КПД достигает 30-40%, для двигателей внутреннего сгорания 25-35%, для дизельных двигателей 35-42%.
-
Характеристики тепловых двигателей. (слайд 16)
-
Тепловые двигатели и окружающая среда. (слайд 17).
При использовании тепловых машин остро встаёт вопрос загрязнения окружающей среды.
Тепловые двигатели не только сжигают кислород, но и выбрасывает в атмосферу эквивалентные количества углекислого газа. Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Сейчас во всём мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно 200 - 250 млн т золы и около 60 млн т диоксида серы.
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, таки виды топлива как нефть, уголь, природный газ являются невосполнимыми источниками энергии. В ближайшие 50 - 100 лет человечество столкнётся с проблемой нехватки традиционных видов топлива.
-
Итог урока.
Подводя итог урока, следует отметить, что с момента, когда Джеймс Уатт в 1768 г. построил первую паровую машину, до настоящего времени прошло 240 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.
Важным на современном этапе является создание новых экономических и экологически чистых машин. Это - машины нового века, новых технологий. Это - машины будущего.
-
Домашнее задание. (слайд 18)