"Тепловые двигатели"

«Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего

сгорания».

Цели:

Обучающие:

Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.

Воспитательные:

Рассмотреть историю развития тепловой машины, экологические проблемы и перспективы развития.

/

Развивающие:

• Совершенствовать навыки работы с приборами, лабораторным оборудованием.

• Формировать умение формулировать выводы о проведенных экспериментах.

Ход урока:

Объявление темы, цели урока:

Здравствуйте. Сегодня мы с вами изучаем тему «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания».

Целями нашего сегодняшнего занятия будет:

Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.

Рассмотреть историю развития тепловой машины, экологические проблемы и перспективы развития. Проверка знаний:

Проверим, насколько вы уяснили правила, а заодно и то, как подготовились к уроку. Прочтите текст, выделите в нем несоответствия и объясните ваш выбор.

Не может быть.

Проснувшись рано с утра, я вспомнил, что договорился с Витей идти на речку смотреть ледоход. Открыл окно. Морозный воздух клубами врывался в комнату и поднимался под потолок. С пятого этажа мне хорошо были видны поля за окраиной города. Там весь снег уже стаял, и только на крышах домов он еще лежал мохнатыми шапками.

Включив электрочайник, я быстро сделал зарядку, вымылся по пояс под краном и, не вытираясь, глубоко вздохнул - по всему телу разлилось тепло. Зайдя на кухню, я понял, что слишком увлекся - чайник кипел уже не одну минуту. Кипяток был просто обжигающий - градусов 120. Мне пришлось долго ждать прежде, чем он остыл, и я смог попить чаю. Покушав, я побежал на улицу. Опаздывал.

Витя был уже там. «Вот погодка сегодня! - вместо приветствия восхищенно произнес он. - Солнце какое, а температура с утра минус 2 ОС». «Нет, минус 4 ОС» - возразил я. Мы заспорили, потом Витя сообразил, в чем дело. «У меня термометр на ветру висит, - сказал он, - а у тебя в укромном месте, поэтому и показывает больше». Мы пошли по улице, бодро шлепая по лужам.

Ответы команд:

• ПОДНИМАЛСЯ ПОД ПОТОЛОК - не может быть, потому что холодный воздух с улицы тяжелее теплого внутри помещения и должен опускаться вниз.

• ТАМ ВЕСЬ СНЕГ УЖЕ СТАЯЛ, И ТОЛЬКО НА КРЫШАХ ДОМОВ ОН ЕЩЕ

• ЛЕЖАЛ МОХНАТЫМИ ШАПКАМИ - не может быть, потому что первым снег растает на крышах.

ПО ВСЕМУ ТЕЛУ РАЗЛИЛОСЬ ТЕПЛО - не может быть, потому что при

испарении вода отнимает энергию у тела и должно становиться холоднее.

• ГРАДУСОВ 120 - не может быть, потому что вода кипит при температуре 100С.

• НА ВЕТРУ ВИСИТ...В УКРОМНОМ МЕСТЕ.... ПОКАЗЫВАЕТ БОЛЬШЕ - не

может быть, потому что -20С больше, чем -40С. На ветру температура должна быть ниже (-40С), чем в укромном месте (-20С).

ШЛЕПАЯ ПО ЛУЖАМ - не может быть, потому что вода при отрицательной температуре

превращается в лед.

Актуализация знаний:

Слово учителя: Вспомним то, что нам поможет лучше и быстрее понять тему: Какие виды механической энергии мы изучили? (Кинетическая энергия и потенциальная энергия. Кинетической энергией тело обладает, когда двигается, потенциальной - если взаимодействует с другими телами).

Что называют внутренней энергией? (Внутренней энергией называют сумму кинетических энергий движения всех молекул тела и потенциальных энергий их взаимодействия)

От чего зависит внутренняя энергия? (От температуры, площади поверхности, рода вещества, ветра).

Какими способами можно изменить внутреннюю энергию? (Совершением работы и теплопередачей)

В пробирку нальем немного воды, затем плотно закроем ее пробкой и нагреем воду до кипения. Пробка выскочит

За счет чего выскочила пробка? Ответ: За счет давления пара.

В какую энергию перешла энергия пара?

Ответ: Энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершает работу - выталкивает пробку.

• Как вы думаете, где данное явление используется в технике?

Ответ: Используется в работе тепловых двигателей.

Слово учителя: Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называют тепловыми двигателями.. Рождение теплового двигателя было нелегким. Много изобретателей в разных странах работали над их созданием, много было побед и разочарований, но каждый из них в большей или меньшей мере внес свой вклад в создание новых двигателей, появление которых совершило целый переворот в жизни человека. Сегодня на уроке мы познакомимся с устройством и принципом действия тепловых двигателей, но вначале несколько слов об изобретателях этих двигателей.

1-й доклад.

Две с половиной тысячи лет назад. Т.е. в III веке до нашей эры греческий ученый математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Ее описания были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого Леонардо да Винчи. Как она стреляла? Один конец ствола сильно нагревали на огне, затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Сам Леонардо да Винчи задумывался над тем, как использовать внутреннюю энергию пара. На одном из его рисунков изображен цилиндр с поршнем. В нем находится вода, которая подогревается. В результате нагрева пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, ищет выход и толкает поршень. Во время движения вверх поршень совершает работу. Чтобы поршень возвратился назад, цилиндр обливали холодной водой - пар конденсировался и тяжелый поршень опускался вниз. Это был первый паровой двигатель, но он не получил распространения.

Попытки построить паровые двигатели предпринимались многими изобретателями, но самой удачной была машина, построенная англичанином Т.Ньюкоменом в 1711 году.

В конце XVIII в. В России на Алтае работал гениальный русский изобретатель Иван Ползунов. Он значительно усовершенствовал паровую машину. Ему принадлежит честь создания проекта первого универсального парового двигателя - паровой машины - она приводила в действие воздуходувные меха, нагнетающие воздух в плавильные печи. Но она проработала 43 часа и встала навсегда (котел дал течь, кожа, которой были обтянуты поршни, истерлась). Об этой машине вскоре забыли. Восстановить свое детище Иван Ползунов не мог, так как машина была пущена в работу уже после смерти изобретателя (1765г.). Он умер в возрасте 38 лет.

Создателем универсального парового двигателя, который получил большое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт. Он построил двигатель, который годился для любой машины и их стали ставить на машины, корабли, паровозы. Но к.п.д. паровой машины не превышали 15-20%.

2-й доклад.

Паровую машину из-за ее низкого к.п.д. к середине XIX века начинают вытеснят двигатели внутреннего сгорания. Прообразом первого двигателя внутреннего сгорания могут служить такие виды оружия как пушка, ружья, используемые с давних времен. В их ствол засыпали порох, клали ядро или патрон и поджигали порох. Пушка или ружье стреляли. Еще в конце XVII - начале XVIII в. Дени Папен придумал устройство, в котором под поршень цилиндра надо было насыпать порох-и поджечь его. Образовавшиеся газы должны были, расширяясь поднять поршень. Затем цилиндр нужно было облить водой и поршень должен был опуститься вниз под действием собственной силы тяжести. Такова была идея, но при первом же испытании машина была разрушена взрывом. На создание новой машины у изобретателя не было денег. Это был прообраз современного двигателя внутреннего сгорания. Первый двигатель внутреннего сгорания пригодный к использованию был изобретен французским изобретателем Ленуаром. Его двигатель был похож на паровую машину, но в цилиндр поступал не пар, а горючая смесь, поджигаемая свечой.

Но к.п.д. двигателя Ленуара был всего 3-5%. Немецкий механик - самоучка Николай Отто в 1878 году создал первый двигатель, работавший по четырехтактному циклу и имеющий к.п.д.22%.

Существует несколько видов тепловых двигателей:

- паровая машина

-двигатель внутреннего сгорания;

- реактивный двигатель;

- паровая и газовая турбина

Во всех этих двигателях энергия топлива переходит в энергию газа или пара, газ, расширяясь, совершает работу и при этом охлаждается. Часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Из всех существующих двигателей мы рассмотрим ДВС. Так что же принесли в мир тепловые машины - добро или зло. Давайте вместе размышлять. Приглашаю вас отправиться в путешествие за знанием, на таком транспорте, где используется ДВС, а для этого нам предстоит узнать:

• Почему двигатель называют ДВС.

• Устройство двигателя внутреннего сгорания.

• Схему работы такого двигателя.

ДВС - очень распространенный вид теплового двигателя. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя (записать в тетради).

ДВС - работает на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.

Просмотрите диафильм «Устройство двигателя внутреннего сгорания и принцип его действия». (Показывает диафильм.)

Какие части двигателя вы видите? Покажите их на модели.

Ученик А. Двигатель состоит из цилиндра, поршня, шатуна, клапанов, свечи, маховика, коленчатого Бала. (Показывает на модели.)

Учитель. Мы познакомились с устройством двигателя внутреннего сгорания. Теперь рассмотрим,. как он работает.

Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Один рабочий цикл двигателя совершается за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. (Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками.) Рассмотрим поочередно эти такты.

Откройте учебник на странице 53и найдите в тексте § 22 описание устройства этого двигателя. (Учащиеся несколько минут работают с книгой.) Где сгорает топливо в этом двигателе?

Ученик. Топливо сгорает внутри цилиндра.

Учитель. Как же топливо попадает внутрь цилиндра? Найдите ответ на этот вопрос в учебнике, прочитав на странице 56 абзац со слов «При повороте вала...». (Ученики работают с учебником.) Что происходит в двигателе при I такте?

Ученик. При повороте вала поршень движется вниз. Открывается впускной клапан и в цилиндр входит горючая смесь.

(Учитель показывает на модели ход поршня, открытие впускного клапана, а ученику дает задание записать на доске: «I такт — впуск».)

Учитель. Прочитайте по учебнику дальше, что происходит при II такте.

Ученик. Поршень подиимаегея и сжимает горючую смесь. Клапаны закрыты. В конце II такта смесь воспламеняется от свечи.

(Учитель демонстрирует на модели ход поршня при II такте.)

Учитель. Как называется этот такт?

Ученик. Сжатие. (Записывает на доске: «II такт — сжатие».)

Учитель. Ознакомьтесь по учебнику с III тактом. Как называется этот такт?

(Ученики читают текст учебника.)

Ученик Г. III такт называется рабочим ходом, потому что газы, образовавшиеся при сгорании смеси, давят на поршень и двигают его вниз. Газ при расширении выполняет работу.

(Учитель демонстрирует на модели двигателя III такт — рабочий ход.)

Учитель. Прочитайте следующий абзац и ознакомьтесь с IV тактом. Как он называется?

Учен н к Г. Выпуск. В IV такте поршень двигается вверх и выталкивает газы через открытый выпускной клапан. В конце хода поршня выпускной клапан закрывается.

(Учитель записывает на доске: «IV такт — выпуск».)

Учитель. Итак, за сколько тактов происходит один рабочий цикл в двигателе? Как называются эти такты?

Ученик Г. Мы рассмотрели четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Учитель. Запишите в тетради цикл работы двигателя. Посмотрите на модель. Что происходит дальше при вращении коленчатого вала?

Ученик Г. Такты повторяются.

Учитель. Посмотрим, как работает двигатель внутреннего сгорания. (Учитель вюрочает фрагмент из кинофильма «Двигатели внутреннего сгорания».) Чю нового вы увидели в работе двигателя? Сможете ли теперь объяснить, как же поршень выходит из положений, называемых мертвыми точками?

Учен и к Д. Коленчатый нал вместе с маховиком, получив толчок от поршня во время рабочего хода, продолжают вращаться ио инерции и обеспечивают дальнейшее движение поршня.

Верно. Многоцилиндровые двигатели обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Демонстрируется компьютерная анимационная модель работы двухцилиндрового двигателя

Учитель:

Одноцилиндровые двигатели устанавливают главным образом на моторных лодках и мопедах. На мотоциклах устанавливаются двухцилиндровые двигатели. На автомобилях, тракторах — 4-, 6-, 8-, 12-и цилиндровые двигатели. А теперь обратите внимание на внешнюю поверхность цилиндра. Почему она ребристая?

Учитель: Не во всех двигателях есть свеча для воспламенения рабочей смеси. В дизельных двигателях воспламенение происходит за счет резкого сжатия (при этом увеличивается температура смеси).

Ученик:

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия сконструировал в 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель. По имени изобретателя этот двигатель назван дизелем. В цилиндре дизеля происходит сжатие не горючей смеси, а чистого воздуха, который разогревается при сжатии до 650 °С. В момент подхода поршня к верхнему положению в цилиндр подается топливо через форсунку. В цилиндре топливо воспламеняется. Дизель более экономичен и более полно использует топливо. Дизельные двигатели приводят в действие большегрузные автомобили, тракторы, суда, тепловозы.

Тепловые двигатели играют положительную роль в жизни и развитии человечества

Кроме положительного эффекта от использования тепловых двигателей проблема имеет и другую сторону - загрязнение окружающей среды

Воздух

Вредные вещества в отработанных газах, твердые частицы поднимаемые с пылью колесами автомашин ,

Почва

Отходы, загрязненные нефтепродуктами, сажевые частицы, образовавшиеся при стирании автошин на дорогах

Вода

Стоки с автомоек, гаражей, стоянок, АЗС, автодорог. Хлориды, используемые для борьбы с гололедом

1 тонна бензина сгорая выделяет 500-800г. вредных веществ в виде выхлопных газов. Их доля увеличивается в десять раз когда двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости.

При стирании автомобильных покрышек об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, которая опасна для здоровья человека.

Автомобиль расходует большое количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года.

■ Для уменьшения загрязнения окружающей среды делают следующее:

Учитель. Подведем итог урока. Что мы изучили сегодня?

Ученик Е. Мы рассмотрели работу и устройство двигателе внутреннего сгорания.

Учитель. Почему он так называется?

У ч е н и к Г. Потому, что в таких двигателях топливо сгорания, внутри цилиндра.

Ученик В. Эти такты называются сжатием, впуском, рабочим ходом, выпуском.

у ч и т е л ь . Вы познакомились с двигателями внутреннего сгорания двух типов. Что общего у этих двигателей?

У ч е н и к В. Это тепловые машины, в которых механическая работа выполняется за счет внутренней энергии топлива. В одном из них горючая смесь воспламеняется посредством искры от свечи, в другом же топливо воспламеняется в воздухе, нагретом до высокой температуры, благодаря сжатию.

Учитель. К какому виду двигателей можно отнести огнестрельное ' оружие? '

Ученик Д. К двигателям внутреннего сгорания.

Итог

Мы с вами славно поработали, но можем больше. Человек подобен аккумулятору, а заряжается он в школе знаниями.

Стихотворение Н. Аникина:

Если мы вредим природе,

Мы вредим самим себе. С юных лет должны ребята Все живое охранять. Чтоб за страшную ошибку На природу не пенять. Лозунг жив еще в народе, Повторяй его везде Продлеваешь жизнь природе - Продлеваешь жизнь себе.

Домашнее задание

Предложить свой проект теплового двигателя (экологически чистого) или составить кроссворд.

Ответить на вопросы: Какие экологические проблемы породили тепловы двигатели? Каковы пути их решения?