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

I. 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 применения в повседневной жизни человека.

Жизнь людей невозможна без использования различных видав 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 счет энергии топлива. К ним относятся: паровая и газовая турбины, двигатель 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 счет сгорания топлива, с последующим преобразованием внутренней энергии в механическую. Любой газ, который расширяется, совершает положительную работу:

-ΔU = А

где А - работа газа, -ΔU- уменьшение внутренней энергии.

2. Очевидно, что никогда не может произойти эквивалентного преобразования внутренней энергии в работу: часть внутренней энергии уходит на нагревание деталей машин, на преодоление трения в узлах, на рассеивание в окружающую среду. Первая паровая машина преобразовывала 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 η («эта»).

η = · 100 %

Так как A Q, для всех машин η 100 %.

Если проследить историю развития тепловых машин, то следует заметить, что постоянное усовершенствование машин в конструкции, в созда­вший новых видов топлива привело к тому, что современные машины имеют (Достаточно высокие значение кпд по сравнению с первоначальными моде­ли. Для современных паровых турбин кпд достигает 30-40%, для двигателей внутреннего сгорания 30-35%, для дизельных двигателей 35-42%.

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

При сжигании топлива в атмосферу попадает очень много вредных выбросов. К ним можно отнести углекислый газ СО₂, угарный газ СО, различ­ение виды сернистых соединений, а также соединения тяжелых металлов. Поэтому очень большое внимание следует уделять развитию методов 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 является невосполнимыми источниками энергии. В ближайшие 50-100 лет человечество столкнется 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 не применялись машины.

С момента, когда Джеймс Уатт в 1768 г построил первую паровую ма­шину, до настоящего времени прошло более 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.

Домашнее задание

1. § 44 (стр. 116-117); вопросы и задания к параграфу;

2. Желающие ученики могут подготовить к следующему уроку доклады по темам:

• «Изобретение автомобиля и паровоза»;

• «Первые паровозы»;

• «Развитие железнодорожного транспорта в России»,

• «Применение тепловых машин в промышленности»;

• «Сравнительная характеристика тепловозов и электровозов» и др.

3. Задачи и упражнения № 189, 190 (стр. 147),

4. Сборник задач В.И Лукашика, Е.В. Ивановой: № 1126-1130.