Конспект урока "Тепловые двигатели.КПД тепловых двигателей"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное автономное профессиональное образовательное

учреждение Саратовской области

 «Саратовский политехнический колледж»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА ПО РАЗДЕЛУ «ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ»

ТЕМА:

 «ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ»

по дисциплине: «ФИЗИКА»

Разработала и выполнила

преподаватель физики

                                                                                         Андриянова Л.А. 

Саратов

2018 г.

ТЕМА: «Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей»

Цели урока:       

Образовательные:

-сформировать понятие тепловых двигателей, принципа действия тепловых двигателей;

- ввести формулу для расчета коэффициента полезного действия реального теплового двигателя и максимального КПД ; 

- дать историческую справку о создании тепловых двигателей, оценить их достоинства и недостатки;

Развивающие:

- развивать познавательный интерес к предмету;

- расширение и углубление учебного материала  за счет самостоятельного поиска   информации ;

- развивать умение  анализировать полученную информацию, сравнивать, делать выводы и обобщать;  

- расширить знания учащихся по экологическим проблемам использования тепловых двигателей.         

Воспитательные:

- воспитание трудолюбия, внимания;

- воспитывать заинтересованность в изучении физики.

Методическая цель урока:

совершенствование  методики применения проектной деятельности для расширения и углубления знаний.

Тип урока: урок изучения нового материала

Вид урока: комбинированный урок

Оснащение: компьютер, проектор, экран, презентация темы в электронном виде, модель ДВС, физический тест, бланки для заполнения опорных конспектов, опорные конспекты по теме «Основы термодинамики»

Межпредметные связи: история,  математика, экология, химия

Уровень усвоения: 2

Литература:

1.Фирсов А.В. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей, М, «Академия», 2014

2. .Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля, М, «Академия», 2014.

3.Ефимов С.И. и др. Двигатели внутреннего сгорания. М., 1985

4. Используемые ресурсы:

Иван Васильев: Движимые паром. История паровых машин. http://www.3dnews.ru/575824

Кто придумал паровой двигатель http://altpp.ru/izobretenie-izmenivshie-istoriyu-chelovechestva/parovoj_dvigatel.html

История паровоза http://www.inventor.perm.ru/inventions/invention-parovoz.htm

История изобретения паровых машин. Создание паровой машины.

http://www.syl.ru/article/167154/new_istoriya-izobreteniya-parovyih-mashin-sozdanie-parovoy-mashinyi

Ход занятия:

№ п/п	Название этапа	Описание этапа	Педагогическая цель этапа	Время этапа
1	2	3	4	5
1	Орг.  момент	Отмечается отсутствующие и  внешний вид студентов и аудитории.	Мобилизация внимания, выявление готовности аудитории к занятию.	2 мин.
2	Вводная мотивация	Формулируется тема студентами с помощью видеокадра. Определяется цель, обосновывается значимость изучаемой темы  (связь темы с применением ее в быту, технике )	Обозначить цель занятия, заинтересовать обучающихся, сконцентрировать их внимание.	3 мин
3	Актуализация опорных знаний.	Проводится физический тест (приложение 1)	Выявление степени подготовки студентов к занятию и степень усвоения материала по предыдущей теме.	5-7  мин.
4	Изучение нового материала	Объяснение нового материала	Познакомиться с понятием тепловой двигатель, принципом действия тепловых двигателей, вывести формулу для расчета коэффициента полезного действия теплового двигателя	15 мин
5	Творческое применение и добывание знаний.	За неделю выдаются темы конференции «Тепловые двигатели», студенты самостоятельно находят информацию, пользуясь различными источниками, определяет время самостоятельной работы студентов	Развитие умения  анализировать полученную информацию, сравнивать, делать выводы и обобщать. Защита проектов.	15 мин.
6	Рефлексия. Подведение итогов	Характеристика работы групп, а также отдельных студентов, выставление и комментирование оценок.	Развитие эмоциональной устойчивости, объективности оценки своих действий,	2 мин.
7	Домашнее задание	Проводится инструктаж по выполнению домашнего задания.	Оптимизация самоподготовки	3 мин

Ход урока

I. Организационный момент.

Здравствуйте, ребята, здравствуйте, уважаемые гости. Садитесь, ребята.

Все физические явления и законы находят применение в повседневной жизни человека.

Тема нашего урока тесно связана как раз с этим, и мы попробуем сформулировать её сами, а в качестве подсказки посмотрите небольшой видеофрагмент. ( видеофрагмент о Гагарине Ю.А.)

- Какое устройство заставило столь мощную тяжелую машину начать свое движение? (Двигатель)

- С каким физическим явлением связана работа данного устройства? С электрическим, с магнитным, тепловым, оптическим? (Тепловым)

Итак, сформулируем тему урока:

Тепловые двигатели. Коэффициент теплового двигателя.

 КПД является важнейшей характеристикой теплового двигателя.

( Учащиеся формулируют тему урока и записывают ее в опорный конспект.)

И целью нашего урока является:

- формирование  понятия тепловых двигателей, принципа  их действия;

- ввести формулу для расчета коэффициента полезного действия реального теплового двигателя и максимального КПД ; 

- дать историческую справку о создании тепловых двигателей, оценить их достоинства и недостатки;

В ходе урока мы вспомним материал предыдущего занятия и проведем небольшое тестирование. Вашу работу будут оценивать эксперты. Далее разберем новую тему, послушаем тезисные материалы проектов,  которые ребята  подготовили по различным аспектам  данной темы.

I.       Актуализация опорных знаний  (физический тест):

Ребята, как вы думаете, какие навыки нам помогут при изучении новой темы, которые мы уже знаем, которые мы получили на предыдущих уроках

-понятия: внутренняя энергия, работа, формулы внутренней энергии и работы, способы изменения внутренней энергии, 1 закон термодинамики и его применение к изопроцессам.

А теперь мы приступим к  тестированию. Критерии оценок следующие: на оценку «удовл.» необходимо выполнить 50-70% заданий, «хорошо»-80-90%, «отлично»- 100%. На выполнение работы вам отводится 5 минут. Результаты передаем экспертам.

Учащиеся выполняют тест на заранее заготовленных листках с заданием, разложенных на столах. Затем передают выполненные тесты группе экспертов, которые проверяют правильность выполнения работы. Результаты  передают преподавателю.

Физический тест

1 вариант	2 вариант
1.  Внутренняя энергия тела  это… А)…кинетическая энергия движения составляющих его частиц; Б) …кинетическая энергия хаотического движения составляющих его частиц; В) …потенциальная энергия взаимодействия составляющих его частиц; Г) …сумма потенциальной энергии взаимодействия и кинетической энергии хаотического движения образующих его частиц.	1.Внутренняя энергия одноатомного идеального газа вы­числяется по формуле: А.  p•ΔV          Б.                     В.
2. Изменение внутренней энергии происходит при 1) совершении работы над телом без изменения его скорости,                                                      2) осуществлении теплопередачи от тела,               3) изменении скорости движения тела.                      А)1              Б) 2                  В)3           Г)1и 2                Д)2 и 3	2. Теплопередача всегда происходит от тела с А. большим запасом количества теплоты к телу с меньшим запасом количества теплоты Б. большей теплоемкостью к телу с меньшей теплоёмкостью В. большей температурой к телу с меньшей температурой Г. большей теплопроводностью к телу с меньшей теплопроводностью
3. По какой формуле вычисляют работу газа в термодинамике? А.  p•ΔV          Б.                    В.	3. Выражение   Q=ΔU+ A/ является А. основным уравнением молекулярно-кинетической тео­рии, Б. первым законом термодинамики, В. законом Гука, Г. уравнением состояния идеального газа.
4. Выражение   ΔU=А+ Q   является А. основным уравнением молекулярно-кинетической тео­рии, Б. законом Гука, В. первым законом термодинамики, Г. уравнением состояния идеального газа.	4. Запись первого закона термодинамики для адиабатного процесса  имеет вид:      А.Q=A/                      Б. Q=ΔU            В. Q=ΔU+ A/                  Г. A/  = - ΔU
5. Запись первого закона термодинамики для изохорного процесса имеет вид: А. Q=A/       Б.  Q=ΔU+ A/          В. Q=ΔU            Г. A  = - ΔU	5. Формула работы  при изобарном расширении газа име­ет вид: А. ΔV          Б. РΔh            В.                 Г. p (V2- V1)

Актуальность изучения темы

Продолжаем наш урок. Актуальность темы урока состоит в том, что нашу современную жизнь трудно представить без тепловых двигателей - устройств, способных совершать работу.

Изложение нового материала

Превратить механическую энергию во внутреннюю (в тепло) достаточно легко.  Если кусок пластилина отпустить, то удар, который испытает  пластилин будет абсолютно неупругим, при этом механическая энергия пластилинового шарика перейдет во внутреннюю энергию стола.

Но никто никогда не видел картины наоборот. Пластилин, лежащий на столе, не начнёт взлетать вверх. Возникает вопрос: можно ли сделать так, чтобы внутренняя энергия превращалась в механическую? Оказывается можно.

 Существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой.

         Большая часть двигателей, используемых людьми, - это тепловые двигатели.

Принцип действия заключается в том, что энергия топлива переходит во внутреннюю энергию газа (пара), а газ (пар), расширяясь, совершает работу.    Так внутренняя энергия газа (пара) превращается в кинетическую энергию поршня.

     Устройства, превращающие энергию топлива в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.

Однако, по мере расширения, газ охлаждается, теряя свою внутреннюю энергию.

Для нормальной работы двигателя необходима цикличность, т.е.после совершения работы, газ необходимо перевести в первоначальное состояние.

Итак, принципиальная схема любого теплового двигателя такова:

тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника.

Ребята, обратимся к опорному конспекту урока, который не забываем заполнять.

От нагревателя рабочему телу, то есть газу, передается некоторое количество теплоты. Под этим подразумевается сжигание топлива, в результате которого температура газа повышается на сотни градусов. Внутренняя энергия газа увеличивается и за счет неё он совершает работу до тех пор, пока не охладится до температуры холодильника. Роль холодильника выполняет как правило окружающая среда.

Важными характеристиками теплового двигателя являются:

-количество теплоты, полученное от нагревателя Q_н ;

-температура нагревателя, т е температура, образующегося газа Т_н;

-температура холодильника Т_х,      

-количество теплоты, переданное холодильнику Q_х ;

-и полезная работа А_{полезн.}

Полезная работа определяется как разность между количеством теплоты, полученном от нагревателя и количеством теплоты, отданном холодильнику.

 - это та часть энергии, которая превратилась в механическую.

3. Любой тепловой двигатель характеризуется такой величиной как коэффициент полезного действия теплового двигателя. Для теплового двигателя коэффициент полезного действия равен отношению совершенной двигателем работы к количеству теплоты, полученной от нагревателя.

Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной  двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

КПД выражают в процентах.

h =  ·100%     

Подставим выражение для полезной работы, получим  h =  ·100%     

h = 1-  ·100%

Q_н – теплота, полученная от нагревателя, Дж     

Q_х - теплота, отданная холодильнику, Дж

КПД не может быть больше 1, т.е. не может превышать 100%

Этот КПД является реальным, т.е.  как раз эту формулу и используют для характеристики реальных тепловых двигателей.

КПД тепловых машин достаточно низок от10% до 47%.    

Каков возможен наибольший коэффициент полезного действия тепловой машины? Ответ дал французский ученый и инженер Сади Карно.

Он справедливо рассудил, что максимальный КПД будет у идеализированной тепловой машины, рабочим телом которой является идеальный газ. Цикл Карно описывает максимально возможную работу с минимальными потерями энергии.

 Максимально возможный  КПД тепловой машины будет определяться отношением разницы термодинамической температуры нагревателя и температуры холодильника к температуре нагревателя.  

η =  ·100%     Т_н – термодинамическая температура нагревателя,  К

                                Т_х -  термодинамическая температура холодильника,  К.

η = 1 -  ·100%    

И этот коэффициент полезного действия получил название максимального

Главное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Тн, и холодильником с температурой Т_х, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины. Не существует теплового двигателя,  у которого КПД = 100% или 1.

Формула  дает теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Но температура холодильника практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твердое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими.

Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному — важнейшая техническая задача.

4. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима.  Мы проследим этапы развития тепловых двигателей в ходе проектных исследований, которые провели ребята. Они нам сейчас их озвучат. Итак, дадим слово первой группе.

.

(Имена ученых появляются на доске во время рассказов ребят)

1-й доклад.

Паровой двигатель

    Большая часть двигателей, используемых людьми, - это тепловые двигатели.

История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи. Как же стреляла эта пушка?  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. Для нас интересно здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому, как поршень,  скользило ядро. 

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.

Достоинства паровых двигателей:

-простота использования;

-хорошие тяговые характеристики

Недостатки:                       

-низкий кпд (не превышали 15-20%),

-невысокая максимальная скорость;

-большой вес;

-постоянный расход топлива и воды

2-й доклад.

Двигатели внутреннего сгорания. В этих двигателях основные процессы — сжигание топлива и выделение теплоты с преобразованием в механическую работу — происходят непосредственно внутри двигателя.

Паровую машину из-за ее низкого к.п.д. к середине XIX века начинают вытеснять 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 Николаус Отто в 1878 году создал первый двигатель, работавший по четырехтактному циклу и имеющий к.п.д.22% (карбюраторный двигатель)

С принципом работы такого двигателя мы познакомимся с помощью его модели.

Демонстрация модели четырехтактного двигателя.

1876 год – изобретатель  четырехтактного двигателя Николаус Отто. Основная часть ДВС - один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда, и название двигателя. Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный ДВС.
     1-ый такт - впуск (всасывание) . Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-ой такт сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь. 3-ий такт рабочий ход. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов (раскаленных продуктов сгорания) толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым совершается полезная работа. 4-ый такт выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу. Из четырех тактов только один - третий - является рабочим. Поэтому двигатель снабжают маховиком (инерционным двигателем, запасающим энергию).

Карбюраторные двигатели устанавливаются на автомобилях, мотоциклах, вертолетах;  
Достоинства карбюраторного двигателя: малая масса, компактность, сравнительно высокий кпд около 20- 30%, все это обусловило широкое распространение таких двигателей.

Недостатки: работают на дорогом топливе высокого качества, не экономны в расходе топлива, довольно сложны по конструкции, имеют очень большую скорость вращения вала двигателя, их выхлопные газы загрязняют атмосферу.

3-й доклад.

Дизельный двигатель

Борьба за повышение к.п.д. двигателя внутреннего сгорания продолжалась. В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получил патент на новый вид двигателя внутреннего сгорания, названный в честь него дизельным. Дизельные двигатели работают иначе, чем карбюраторные.

В цилиндре сжимался воздух, причем в 2,5 раза больше, чем в двигателе Отто (карбюраторном). При таком сжатии температура воздуха повышалась настолько, что при впрыскивании топлива в цилиндр, оно сразу воспламенялось, т.е. для такого двигателя не надо было свечи, чтобы поджигать топливо. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре – отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля.

Сначала в дизельном двигателе топливом служил керосин, затем нефть, мазут. (Кстати в самолетах до сих пор используют керосин.) К.п.д. дизельного двигателя достигает 44%.

Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был создан в1886 году немецким механиком Г. Даймлером.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно важно. Дизельные двигатели устанавливаются  на теплоходах, тепловозах, тракторах, тяжелых автомобилях, самолетах.

Преимущества дизеля перед карбюраторным двигателем. Это, прежде всего, возможность работать на дешевых сортах дизельного топлива,  отсутствие системы зажигания, более высокий эффективный КПД, чем у карбюраторных двигателей - достигает 40%, высокая эксплуатационная экономичность. Экологические характеристики такого двигателя тоже лучше - при работе на смесях топлива выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.

Недостатки:  больший вес установки, повышенная шумность и вибрация, меньшая мощность, токсичные выбросы, меньший ресурс, необходимость тщательной фильтрации топлива.

4-й доклад.

Паровая турбина

В 1629 году итальянец Бранка создал проект колеса с лопатками. Оно должно было вращаться, если струя пара с силой ударяет по лопаткам колеса. Это был первый проект паровой турбины, которая впоследствии получила название активной турбины.

Демонстрация модели паровой или газовой турбины.(Объяснение устройства и принципа работы паровой и газовой турбин). (слайд)

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением направляется через специальные сопла на лопатки турбины. В соплах пар расширяется, давление его падает, но увеличивается скорость истечения пара, т.е. происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию  струи. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию.

Но турбостроение, по существу,  началось только с конца XIX в., когда стала ощущаться необходимость в быстроходном двигателе. В 1883 году шведский инженер Лаваль получил патент на активную паровую турбину.

У первых паровых турбин был существенный недостаток: из-за огромной скорости струи пара скорость вращения турбины была излишне велика. Уменьшить скорость вращения турбины смогли, укрепив на диске не один ряд лопаток, а больше и применив несколько ступеней давления.

Паровая турбина имеет ряд достоинств: ее к.п.д. достигает 40%, если велики давление и температура пара (p = 24 МПа, t = 560 ⁰ С); вал паровой машины вращается плавно и равномерно; турбина занимает мало места; вода, получаемая при конденсации отработанного пара, очень чиста, что весьма важно для питания паровых котлов.

В настоящее время паровые турбины являются почти единственным тепловым двигателем на мощных тепловых электростанциях, служат основным двигателем на крупных судах, турбины средних размеров и даже небольших мощностей применяют для привода насосов, воздуходувок и пр. Газовые турбины устанавливаются на мощных грузовых машинах типа БелАЗ.

5-й доклад.

Реактивный двигатель

По мере развития авиации возникла необходимость в создании нового двигателя, который мог бы поднять самолет на большую высоту, развить у него большую скорость, увеличил бы дальность полета самолета. Для больших высот и скоростей понадобились новые двигатели – реактивные  двигатели, создающие необходимую для движения силу тяги посредством преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и в соответствии с законом сохранения импульса образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении.

Ракета была изобретена в Древнем Китае. С давних пор в праздничные дни люди любуются тем, как взлетая вверх, ракета рассыпается каскадом разноцветных искр. Но почему взлетает ракета? В обыкновенной ракете порох, сгорая, образует много газов. Они вытекают струей из отверстия вниз и, взаимодействуя с корпусом ракеты, толкают ее вверх. Принцип реактивного движения был использован еще во II в. до нашей эры александрийским ученым Героном в устройстве игрушки – шар Герона.

Если в корпусе ракеты есть запасы не только горючего, но и окислителя, то ракета может двигаться и в безвоздушном пространстве. Одним из первых, кто предложил использовать ракеты для полетов в космос, был русский ученый Константин Эдуардович Циолковский. Он впервые разработал теорию реактивного движения. Аналогичную теорию космических полетов предложил русский революционер Н. Кибальчич. Рукописи его работ были найдены через несколько лет после его казни в архивах Петропавловской крепости. В нашей стране 4 октября 1957 года был запущен первый в мире искусственный спутник Земли.

Полет человека в космос впервые в истории был осуществлен в Советском Союзе 12 апреля 1961 года. Корабль – спутник «Восток» пилотировал первый в мире летчик-космонавт Ю.А. Гагарин.

Развитие космонавтики и проведение исследований в космосе оказали большое влияние на развитие техники и ряда наук: астрономии, медицины, метеорологии и др.

Итак, достоинства: новые двигатели – реактивные  двигатели предназначены для больших высот и скоростей, создают необходимую для движения мощную силу тяги .

-Простота принципа реактивного движения , что говорит о надежности.
-Непрерывное горение, отсутствие переменных ускорений в узлах двигателя.
-Высокая скорость истечения газов.
-Способность работать при низком давлении воздуха (за счет собственного компрессора плюс напор встречного воздуха при полете) .
Недостатки:
-Очень много расходуется дорогостоящего ракетного топлива,

-очень сильно шумит при большой нагрузке.

-невысокий КПД  25%

В настоящее время реактивные двигатели используются не только на ракетах, но и на реактивных и турбореактивных самолетах, реактивных катерах выбрасывающих из корпуса для создания реактивной тяги мощную струю воды.

Сводная таблица КПД

	КПД
Паровой двигатель	15-20%
Карбюраторный двигатель (ДВС)	20-30%
Дизельный двигатель (ДВС)	40%
Паровая турбина	30-40%
Реактивный двигатель	25%

Итак, в ходе выступлений ребят мы смогли проследить историю развития тепловых двигателей, оценить их достоинства и недостатки.

 Какие же проблемы могут возникать при работе тепловых двигателей? Давайте заслушаем еще одно сообщение.

6-ой доклад.                                                                                                                   

При работе тепловых двигателей в атмосферу выбрасывается огромное количество теплого пара или газа, что приводит к дополнительному нагреванию атмосферы. Большая электростанция мощностью 1 тыс. МВт, работающая на угле производит 6 млн. т. углекислого газа, что эквивалентно выхлопам 2 миллионов автомобилей. В последующие десятилетия общее всемирное производство углекислого газа удвоится т.к. США, Китай, Индия и другие страны строят новые электростанции. Соединяясь с водяными парами в атмосфере, углекислый газ образует угольную кислоту. Даже очень слабая (в тысячу раз менее кислая, чем апельсиновый сок, продаваемый в магазинах) угольная кислота «чистого» дождя за столетия разъедает кирпич, металл, мрамор.

При сжигании топлива образуются оксиды азота (в угольных котлах на 1м³ дыма — несколько грамм, в газовых — до 5г). За год только в России в воздух выбрасывается 2 млн. т. NO₂. Попав в атмосферу и растворяясь в дождевой воде, они становятся азотной кислотой. Реагируя с содержащимися в воздухе разнообразными примесями, они образуют токсичные соединения, которые выпадают на поверхность воды и суши (а также на наши головы) с кислотными дождями.

Последствиями настоящих кислотных дождей является засорение (засоление) почв, открытых и подземных вод, гибель лесов, нарушение химического состава в экосистемах. Кроме того, в «кислой» воде лучше растворяются такие опасные металлы как кадмий, ртуть, свинец, содержащиеся в почве и донных отложениях, что влияет на чистоту потребляемой людьми и животными воды. Так же, при работе двигателей внутреннего сгорания в атмосферу выбрасываются свинец и другие вредные вещества.

  Для охраны окружающей среды необходимо обеспечить:

1.      эффективную очистку выбрасываемых в атмосферу отработанных газов;

2.      использование качественного топлива, создание условий для более полного его сгорания;

3.      повышение КПД тепловых двигателей за счет уменьшения потерь на трение и полного сгорания топлива и др.

Перспективно использование водорода в качестве горючего для тепловых двигателей: при сгорании водорода образуется вода. Идут интенсивные исследования по созданию электромобилей, способных заменить автомобили с двигателем, работающим на бензине.

Мы познакомились с различными типами тепловых двигателей, заполнили опорные конспекты, используя услышанный материал. Передаем работы на проверку экспертам.

Пока они проверяют, мы отвлечемся.

Давайте заглянем в будущее. Покорить просторы Вселенной - вот наша цель. Тесно нам стало на планете Земля, да и энергетические ресурсы Земли не безграничны. Но для покорения просторов Вселенной нам придется преодолеть сотни тысяч километров. Какой скоростной двигатель, преодолевающий пространство и время, какие виды топлива использовать для заправки новых звездолетов, это вопрос. Это будет энергия солнца или энергия космических заряженных частиц? Вопрос времени.

А теперь я хочу подвести итоги нашего урока. Вы все молодцы, очень хорошо потрудились, эксперты оценили ваши работы и выставили вам итоговый результат.

4. Закрепление изученного материала. Приложение 4

1 Какие устройства относятся к тепловым двигателям:

а) превращающие тепловую энергию в механическую;

б) электрическую энергию в тепловую;

в) внутреннюю энергию в тепловую.

2. Какой элемент теплового двигателя совершает работу:

а) холодильник;

б) газ или пар;

в) нагреватель.

3. Какие условия необходимы для циклического получения механической работы в тепловом двигателе:

а) наличие нагревателя и холодильника;

б) наличие рабочего тела и холодильника;

в) наличие нагревателя и рабочего тела

4. КПД теплового двигателя всегда :

а) больше1;

б) равен 1;

в) меньше 1.

5. Максимальный КПД имеет:

а) двигатель внутреннего сгорания;

б) реактивный двигатель;

в) идеальная тепловая машина.

Бланк ответов

1	2	3	4	5

РЕФЛЕКСИЯ

Предлагает продолжить

- Это занятие помогло мне………..

- Если бы человечество не знало об этом, то……….

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ    

Домашнее задание: А.В. Фирсов. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей. Учебник под редакцией проф. Т.И. Трофимовой. М.: Академия, 2017 г., §83-85

Краткое описание документа:

Все физические явления и законы находят применение в повседневной жизни человека. Запасы внутренней энергии в океанах и земной коре можно считать практически неограниченными. Но располагать этими запасами недостаточно. Необходимо за счет энергии уметь приводить в действие устройства, способные совершать работу.