Урок по теме 'Тепловые двигатели'

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

ГБОУ СПО СТЕРЛИТАМАКСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

Открытый урок

на тему: Тепловые двигатели

Подготовила

преподаватель

Лукьянцева Н.А.

Стерлитамак 2012

Урок физики по теме

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Цели урока

1. Образовательные: сформировать понятие о тепловом двигателе, его устройстве и принципе работы, ввести понятие о КПД теплового двигателя и способах его повышения, рассмотреть экологические проблемы, связанные с работой тепловых двигателей.

2. Воспитательные: воспитание умения слушать и высказывать свою точку зрения, прививать любовь к технике и экологическое мышление.

3. Развивающие: развитие умения оформлять полученную информацию в конкретную блок схему, умение работать с дополнительной литературой и материалами Интернета.

Оборудование: проектор, компьютер, презентация по теме «Тепловые двигатели», модель двигателя внутреннего сгорания, модель паровой турбины.

Этапы урока

1. Организационный.

2. Мотивация учебной деятельности, сообщение темы и задачи урока.

Создание проблемной ситуации.

1. - Давайте выслушаем, на чем добирались из дома на занятия некоторые из вас?

(Называются различные виды транспорта).

2. - Чем приводятся в движение эти виды транспорта?

(Приходят к выводу, что этим устройством является двигатель).

3.- За счет чего работают эти двигатели? Без чего невозможна их работа?

(Необходимым для них является топливо).

4.- Что выделяется при сжигании топлива?

(Энергия, теплота).

5.- То есть, чтобы совершить работу двигатель должен использовать энергию, выделяющуюся при сжигании топлива.

(Сообщается тема урока и записывается в тетрадях).

6. - С проявлением какого фундаментального закона физики мы встречаемся на примере работы теплового двигателя?

(С законом сохранения энергии).

7. - Давайте попробуем дать определение теплового двигателя.

(Тепловой двигатель - это устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую).

-1-

- На сегодняшнем уроке мы разберем, как устроены и работают тепловые двигатели, от чего зависит эффективность их работы.

3. Усвоение новых знаний

- Тепловые двигатели используются не только на транспорте. Основная часть электрической энергии, без которой немыслима жизнь в -современном мире, вырабатывается на тепловых электростанциях. На них первичным двигателем, приводящим в работу генератор, является паровая турбина, т.е. тепловой двигатель.

- А сейчас выслушаем ряд сообщений об истории создания тепловых двигателей. (Далее следуют выступления учащихся, сопровождаемые показом слайдов).

- Итак, без тепловых двигателей невозможно представить себе ни жизнь современного общества, ни жизнь людей в будущем. Большая часть двигателей на земле - это тепловые двигатели. Разберем принцип их действия. Для того чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня или лопастей турбины.

Чем создать эту разность давлений?

(За счет повышения температуры рабочего тела по сравнению с температурой окружающей среды).

Как достичь такого повышения температуры?

(Сжигая топливо).

- Итак, температуру Т₁ пар в турбине приобретает в паровом котле, в д.в.с. и газовых турбинах повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри самого двигателя. Т₁ - температура нагревателя.

По мере совершения работы газ теряет энергию. Что происходит с его температурой? (Она понизится). В двигателе рабочее тело не может отдать всю внутреннюю энергию на совершение работы. Часть теплоты необходимо передать холодильнику (атмосфере) вместе с отработанным паром или выхлопными газами. Т₂ - температура холодильника. (Принципиальная схема теплового двигателя со слайда изображается в тетрадях).

- количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя.

- количество теплоты, отданное холодильнику.

- работа, совершенная газом.

Невозможность полного превращения внутренней энергии газа в работу объясняется необратимостью процессов в природе. Если бы теплота могла самопроизвольно возвращаться от холодильника к нагревателю, то внутренняя энергия могла бы полностью превращаться в работу.

-2-

= - из закона сохранения энергии

η = = КПД теплового двигателя

Законы термодинамики позволяют вычислить максимальное значение КПД идеального теплового двигателя. Это впервые сделал французский ученый и инженер С. Карно

η_max= - КПД идеальной тепловой машины

Карно доказал, что реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т₁ и холодильником с температуройТ₂, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

Давайте выясним, анализируя последнюю формулу, как повысить КПД теплового двигателя? (Двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника).

Чем ограничена температура холодильника? (Температурой окружающего воздуха).

До каких пределов можно повышать температуру нагревателя? (До тех пор пока не будут изменяться свойства материалов, из которых изготавливается тепловой двигатель).

Для увеличения КПД двигателей инженеры работают над уменьшением трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания.

Для паровых турбин η =40%, для дизельных двигателей η =44%.

Мы выслушали различные предложения по повышению КПД тепловых машин. Отечественные ученые, учитывая, что оборудование ТЭС изношено до 60%, предложили парогазовые установки. Каждая из них состоит из двух отдельных установок: паросиловой и газотурбинной. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. На одном валу с турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газотурбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из газотурбины все еще имеют высокую температуру. С выхода из газотурбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел -утилизатор, где нагревают водяной пар. К паровой турбине присоединен второй генератор. В этом случае КПД повышается до 60%.

(Демонстрация слайда)

-3-

Наиболее распространенными тепловыми двигателями являются двигатели внутреннего сгорания. Из них чаще всего применяются четырехтактные ДВС.

Далее рассмотрим принцип действия четырехтактного теплового двигателя.

1) Такт - впуск. (Поршень идет вниз, открывается клапан, в цилиндр поступает смесь паров бензина с воздухом).

2) Такт - сжатие. (Поршень идет вверх, происходит сжатие горючей смеси при закрытых клапанах. Температура горючей смеси резко увеличивается. При помощи свечи происходит воспламенение и сгорание горючей смеси).

3) Такт - рабочий ход. (Давлением смеси газов поршень перемещается вниз).

4) Такт - выпуск. (Отработанный газ выбрасывается в атмосферу).

(Демонстрация слайда)

Теперь эти процессы посмотрим в видеоролике.

(Демонстрация видеоролика)

Мы видим, что отработанные газы выбрасываются в атмосферу, тем самым загрязняя ее.

В чем состоит экологический вред наносимый тепловыми двигателями мы узнаем из следующих сообщений.

(Далее следуют сообщения учащихся, сопровождаемые показом слайдов)

III Закрепление

- Можем ли мы с вами способствовать улучшению экологической ситуации?

(Увеличить эффективность использования электроэнергии, экономить ее на производстве и в быту. Не оставлять не выключенными электроприборы, не допускать бесполезных потерь топлива при обогреве помещений.).

- А какие требования предъявляются к транспорту? (Не допускаются к эксплуатации автомобили с повышенным содержанием CO в отработанных газах. Кроме того осуществляется перевод двигателей на сжиженный газ в качестве топлива.).

Чем выше КПД двигателя, тем меньше его влияние на окружающую среду.

Определим КПД паровой турбины, считая ее идеальной тепловой машиной.

Задача: Горячий пар поступает в турбину при температуре 500⁰С, а выходит при 30⁰С. Считая турбину идеальной тепловой машиной, вычислите ее КПД.

IV Подведение итогов

Большую часть механической и электрической энергии вырабатывают

-4-

тепловые двигатели. Пока равноценной замены им нет. В тоже время тепловые двигатели оказывают отрицательное влияние на окружающую среду и условия существования человека на Земле. Организация охраны окружающей среды требует усилий в масштабах всего земного шара.

Давайте вспомним основные моменты урока. Что мы сегодня узнаем на уроке? Заполним эту схему

V Домашнее задание

На схеме отмечены главные моменты урока

Именно на них нужно обратить внимание при работе дома с § 84 учебника

VI Сообщение оценок за урок. Комментарии к ним.

-5-