'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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Циклы работы ДВС. (слайд 14)

Ребята переносят информацию со слайда в тетрадь.

6. 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%.

7. Характеристики тепловых двигателей. (слайд 16)

8. 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.

9. 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.

10. Домашнее задание. (слайд 18)