План недели физики и презентация по теме «Тепловые двигатели»

Учитель физики  _____________Т.К. Фефелова

Приложение №1.

ЧАС ЗАНИМАТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ.

Приложение №2.

Викторина по физике.

1.      Что весит больше, килограмм железа или килограмм пуха?

2.      Что больше – 7,2 км/ч или 30м/мин?

3.      Греет ли шуба?

4.      Перечислите 3 основных положения молекулярного строения вещества.

5.      На каком явлении основана засолка овощей?

6.      Что измеряют барометром?

7.      Кто создал первый жидкостный барометр и почему он не использовался на практике?

8.      Объяснить принцип действия жидкостного термометра.

9.      Какую самую низкую температуру можно измерить ртутным термометром?

10.  Какая самая низкая температура (в ^оС) может существовать в природе?

11.  Кипит ли вода внутри макаронинки, которая варится в кипящем бульоне?

12.  Какой вид транспорта, не считая гужевой и велосипедный, самый экологически чистый?

13.  Назовите учёного, создавшего первым паровой двигатель, пригодный для применения в промышленности и на транспорте (его именем названа единица мощности).

14.  Кто первым в России создал паровоз? В каком городе? Когда?

15.  Назовите имя учёного-физика, нашего земляка.

16.  Какое отношение имеет янтарь к электричеству?

17.  Какая связь между яблоком, планетами, Исааком Ньютоном?

18.  Перечислите российских учёных – лауреатов нобелевской премии в области физики (за каждое имя – 1 балл)

Приложение №3.

Урок физики в 8 классе

«Тепловые двигатели»

Задачи  урока:

Учебные –

o   Узнать, что такое тепловой двигатель,

• Познакомиться с видами тепловых двигателей: паровыми и ДВС;
• Научиться рассчитывать КПД теплового двигателя.

Воспитательные –

• Воспитание бережного отношения к окружающей среде.

Развивающие –

• Развитие технического и нестандартного мышления.

План урока:

Эолипил                                  (сообщение Дуси)

Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрий­скому, жившему в 1 веке до нашей эры и создавшему эолипил - «шар Эола». Это был металлический шар, вращающийся под давлением пара.
Герон часто использовал энергию пара в своих изобретениях: для реализации раздвижных автоматических дверей в храмах, двигающих руками статуй богов и так далее. Однако его изобретения, опередившие свое время, не нашли применения и долгое время оставались лишь забавой. Прошло более полутора тысяч лет, прежде чем во времена нового расцвета науки и техники, наступившего после периода средневековья, об использовании внутренней энергии пара задумался Леонардо да Винчи.

История развития теплотехники.     (сообщение Маши)

 Бурное развитие промышленности и торговли в 17-18в.в. привело к развитию инженерной мысли, к созданию машин, способных совершать большой объём работ, используя тепловую энергию.

Паровая машина Томаса Ньюкомена

Томас Ньюкомен – родился в 1663 году в Англии.

Работая кузнецом на шахтах в Вест Кантри, Ньюкомен хорошо понимал все проблемы, возникающие с откачкой воды из шахт. В 1712 году он объединяет свои усилия со стекольщиком Джоном Калли. Совместно они строят свою первую паровую машину.
При подаче пара из котла в паровой цилиндр, поршень поднимался вверх и приводил в движение коромысло, которое в свою очередь опускало вниз поршень водяного насоса.
После достижения поршнем верхней мертвой точки, в паровой цилиндр впрыскивали воду. Пар в цилиндре конденсировался, и поршень под действием атмосферного давления начинал движении вниз, выталкивая из цилиндра воду в специальный резервуар.

Подъем воды из шахты осуществлялся при конденсации пара в паровой машине, под действием атмосферного давления. Подобные паровые машины принято называть пароатмосферными.

Паровая машина Ньюкомена получилась очень громоздкой и требовала большого количества угля.
Несмотря на все свои недостатки, машина была значительно совершеннее всех ее предшественников. Ее в течение 50 лет применяли на различных шахтах для откачки воды. После ее появления, в Англии вновь открыли шахты, которые пришлось закрыть из-за затопления грунтовыми водами.
Для того, что бы понять насколько сильным прорывом было использование паровой машины для откачки воды, можно рассмотреть следующий пример.
В 1722 году, в Кронштадте в сухой док на ремонт был поставлен корабль. Паровая машина Ньюкомена выполнила работу по откачке воды за две недели. Традиционная же схема откачки с использованием ветряных мельниц потребовал бы целый год. Как видите разница впечатляющая.

Джеймс Уатт

В 1763 году, Джеймсу Уатту, работавшему механиком в университете Глазго, предлагают починить паровую машину Ньюкомена. Достаточно быстро Уатт приходит к мысли, что гораздо правильнее будет держать цилиндр паровой машины постоянно нагретым. Это, по его мнению, должно сократить расход топлива. Но тогда оставалось непонятно, как конденсировать пар, ведь для конденсации пара в паровую машину Ньюкомена впрыскивали воду.

Однажды вечером прогуливаясь мимо прачечных, Уатт увидел облако пара вырывающегося из котлов. В этот момент ему пришла мысль, что пар -это газ, и он просто обязан будет переместиться в цилиндр с пониженным давлением. Для этого он решает применить металлические трубки и водяной насос. Насос будет откачивать воду и пар из трубок. Пониженное давление, создаваемое в трубках насосом, будет передаваться в рабочий цилиндр паровой машины, тем самым удаляя оттуда пар. Для охлаждения пара, трубки Уатт решает опустить в воду.

Следующее что сделал Уатт - вместо использования атмосферного давления для рабочего хода, решает применить давление пара.

В 1769 году Уатт получает свой первый патент.

Это была именно паровая машина, в которой поршень передвигало давление пара. Увеличивая давление пара в цилиндре паровой машины, можно было добиться большей мощности, не увеличивая ее размеров.

Уатт открыл путь к компактным паровым машинам, которые в скором времени изменят облик всего мира.

Первое действующее самоходное паровое транспортное средство в истории и человечества - прародитель автомобиля - было изобретено отставным капитаном артиллерийских войск Франции Николя Йозефом Куньо в 1769г.

С детства Куньо увлекался техникой и проявлял талант к изобретательству, однако, не имея достаточных средств для реализации значимых проектов, принял решение поступить на военную службу.

Выйдя в отставку, Кюньо занимался научной работой в области фортификации и преподавал в военной школе. Но самой главной страстью, постепенно захватившей отставного офицера, стала идея механической повозки, которую приводила бы в движение сила пара. Поскольку за время службы ему так и не удалось скопить достаточно средств, чтобы финансировать развитие этой идеи самостоятельно, проект реализовывался при поддержке военного ведомства и потому был ориентирован на военные нужды: официальное его предназначение состояло в том, чтобы буксировать артиллерийские орудия и подвозить к ним снаряды.

В роли двигателя выступила собственноручно построенная изобретателем паровая машина, располагавшаяся в передней части повозки. Сама повозка была трехколесной (переднее колесо поворачивалось вместе с паровым котлом усилиями двух человек) и маломощной, так как после 15 минут движения в котел нужно было заново налить воду и развести под ним огонь (прямо на брусчатке). И, тем не менее, телега Куньо двигалась сама, что поражало современников изобретателя, а ему самому обеспечило звание изобретателя автомобиля.

Интересно, что паровая телега Куньо чудом сохранилась до сих пор. И сегодня ее можно увидеть в Париже, в Музее искусств и ремесел.

Применение паровых двигателей на транспорте    (для Вахи)

Уатт открыл путь к компактным паровым машинам, что позволило использовать его изобретение на транспорте.

Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был создан в 1804 году Тревитиком.
Первая железная дорога, открытая в 1825 году между Стоктоном и Дарлингтоном, обслуживалась паровозами Стефенсона. Этот паровоз стал прообразом для всех дальнейших разработок паровозов.

Первый паровоз в России был построен  Мироном и Ефимом Черепановыми в 1834 году на Нижнетагильском заводе. Испытания паровоза начались в августе 1834 года. Имеются сведения о том, что в 1833 году Мирон Черепанов побывал в Великобритании и увидел там паровоз Стефенсона «Ракета».

Основная часть любого транспортного средства – двигатель, в паровозе - это паровой двигатель Уатта. Вы можете увидеть на схеме, что поршень двигателя с двух сторон периодически перемещается при помощи горячего пара, подаваемого из парового котла.

Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер — специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк - паровозом.

Позже паровой двигатель стали устанавливать на пароходах, на самодвижущихся экипажах, прообразах автомобилей, тракторах. Топливом служили уголь, дрова.

Паровая турбина.

В 1629 году Джованни Бранки была создана паровая турбина, использующая активный принцип. Потенциальная энергия пара преобразовывалась в кинетическую и совершала работу. В этой машине струя пара приводила в движение колесо с лопатками, напоминающее колесо водяной мельницы. Но первые турбины, подобные машине Бранки, обладали ограниченной мощностью, поскольку паровые котлы не были способны создавать высокое давление.

«Турбина Бранка» была задумана для замены ветрового или водяного привода и приводила в движение два пестика, которые в то время обычно использовались для размельчения угля и серы на пороховых заводах. Поскольку даже теоретически возможная мощность такой турбины была явно недостаточной для выполнения какой-либо полезной работы, каких- либо сведений о реальном существовании такого механизма не найдено.

В 1815 г. инженер Ричард Трейвисик установил два сопла на ободе колеса паровоза и пропустил через них пар. На сходном принципе было основано устройство лесопильной машины, построенной в 1837 г. американцем Уильямом Эйвери. В одной лишь Англии за 20 лет, с 1864 по 1884 г., было запатентовано более сотни изобретений, так или иначе относящихся к турбинам. Но ни одна из этих попыток не завершилась созданием пригодной для промышленности машины.

Независимо друг от друга в 1884 - 1889 гг. шведский инженер Карл Густав де Лаваль и Чарлз Парсонс из Ирландии создали промышленно пригодные паровые турбины.

Паровая турбина Лаваля представляет собой колесо с лопатками. Пар под большим давлением вырывается из трубы (сопла), давит на лопатки и раскручивает колесо. Полученную струю Лаваль направил на один ряд рабочих лопаток, насаженных на диск. Это была паровая турбина, работающая по активному принципу. Невозможность получить большую агрегатную мощность и очень высокая частота вращения одноступенчатых паровых турбин Лаваля    (до   30 000 об/мин у первых образцов) привели к тому, что турбины Лаваля, на раннем этапе турбостроения, широко применявшиеся в качестве агрегатов небольшой мощности (до 500 кВт), в дальнейшем уступили место турбинам других типов.

Парсонс создал многоступенчатую реактивную паровую турбину. Она отличалась меньшей скоростью вращения, и в то же время в ней максимально использовалась энергия пара. Это достигалось за счет того, что в турбине Парсонса пар расширялся постепенно по мере прохождения через 15 ступеней, каждая из которых представляла собой пару венцов лопаток: один - неподвижный (с направляющими лопатками, закрепленными на корпусе турбины), другой - подвижный (с рабочими лопатками на диске, насаженном на вращающийся вал).

Парсонс соединил паровую турбину с генератором электрической энергии. С помощью турбины стало возможно вырабатывать электричество, и это повысило интерес общества к тепловым турбинам. В результате 15-летних изысканий он создал наиболее совершенную по тем временам реактивную турбину.

Первое судно с паротурбинным двигателем – «Турбиния», - построенное Парсонсом в 1894 году развивало скорость около 59 км/ч. С 1900 года турбины начали устанавливать на миноносцах, а после 1906 года все большие военные корабли оснащались турбинными двигателями.

В настоящее время паровые турбины используются на тепловых электростанциях, они вращают ротор электрогенератора. На больших ТЭЦ (теплоэлектороцентралях) энергия топлива используется для получения пара, который под давлением подаётся через сопла на турбину, вращающую ротор генератора, сконденсировавшийся пар используется для отопления жилья, охлаждённая вода снова поступает в котёл для получения пара.

Парниковый эффект.      (для Таслимы)

В настоящее время проблема парникового эффекта является одним из наиболее глобальных экологических вопросов, стоящих перед человечеством. Суть этого явления состоит в том, что солнечное тепло остается у поверхности нашей планеты в виде оранжерейных газов. Главной причиной парникового эффекта является попадание в атмосферу промышленных газов.

Парниковый эффект создают углекислый газ, оксид азота, метан, хлорфторуглероды. Все эти газы - результат деятельности человека.

Сжигание топлива, автомобильные выбросы, лесные пожары, работа промышленных предприятий и повсеместная индустриализация являются причинами кислотных дождей, загрязнения воздуха, разрушения озонового слоя и его последствий, потепления климата.

С другой стороны, ряд ученых считает, что парниковый эффект всегда был присущ Земле. Но в настоящее время его масштабы приобрели угрожающие размеры вследствие смещения орбиты планеты. Последствий же парникового эффекта гораздо больше.

1.               Повышенная испаряемость воды в океанах.

2.               Увеличение выделения углекислого газа, метана, а также закиси азота в результате промышленной деятельности человека.

3.               Быстрое таяние ледников, смена климатических зон, что приводит к уменьшению отражающей способности поверхности Земли, ледников и водоемов.

4.               Разложение соединений воды и метана, которые находятся возле полюсов.

5.               Замедление течений, в том числе и Гольфстрима, что может вызвать резкое похолодание в Арктике.

6.               Нарушение структуры экосистемы, сокращение площади тропических лесов, исчезновение популяций многих животных, расширение среды обитания тропических микроорганизмов.

Использование инновационных подходов к организации производства поможет снизить накопление газов в атмосфере и, соответственно, влияние парникового эффекта.

Влияние транспорта на окружающую среду.     (для Таисы)

Как известно, экологическая обстановка на Земле и в нашей стране продолжает ухудшаться: озоновая дыра в Антарктике не уменьшается, а загрязненность Мирового океана и воздушной оболочки планеты повышается.

Известно, что более 60 млн. тонн вредных веществ выбрасывают в атмосферу ежегодно наши промышленные предприятия, около 37 млн. тонн таких веществ попадает в нее вместе с выхлопными газами автотранспорта, примерно 30 млрд. м3 воды, загрязненной промышленными и бытовыми отходами, стекает в реки, озера, моря. В более чем 100 городах, где проживает приблизительно 50 млн. человек, предельно допустимые концентрации вредных веществ, превышены в 10 (и больше!) раз.

Автомобили на сегодняшний день в России - главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли и, особенно на участках автотрасс, где стоят светофоры. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. На свалках скапливаются изношенные шины, ржавые корпуса. Впрочем, старые кузова автомобилей можно увидеть и во дворах и на пустырях.

Автомобили загрязняют почву. Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг. вредных веществ. Если двигатель машины работает на бензине, с добавлением свинца, то они загрязняют почву этим тяжелым металлом вдоль дороги в полосе шириной 50-100 м, а если дорога идет вверх, и двигатель работает с нагрузкой, и загрязненная полоса имеет ширину до 400 м! Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека и может стать причиной тяжелых болезней.