Презентация по физике на тему " Тепловые двигатели"

• 1 слайд

  ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
  И
  ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
  
  
  
  
  

• 2 слайд

  «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу»
  Жак Ив Кусто
  

• 3 слайд

  Цель урока: раскрыть физические принципы действия
  тепловых двигателей, расширить политехнический
  кругозор учащихся,раскрыть сущность связанных с
  тепловыми двигателями экологических проблем и убедить
  учащихся в жизненной важности бережливого отношения
  к окружающей нас природе.
  

• 4 слайд

  Введение.
  Страницы истории.
  Принцип работы тепловых двигателей.
  Р,V – диаграмма работы четырёхтактного
  карбюраторного ДВС.
  Влияние транспорта на окружающую среду.
  Пути решения экологических проблем.
  Заключение.
  

• 5 слайд

  ВВЕДЕНИЕ
  Почти каждый день нам приходится ездить в
  троллейбусе,автобусе, трамвае. Что общего
  у автобуса и самолета, у автомобиля и
  ракеты? Без чего все такие разные технические
  средства остались бы недвижимыми? Ну конечно же, без
  двигателей или, как еще говорят, моторов. Двигатели-
  кругом. Они есть в холодильнике и в магнитофоне, в
  пылесосе и в часах. Много разных двигателей придумано,
  но самые сложные и самые распространенные-те, что
  работают за счёт тепла, преобразуя тепловую энергию в
  механическую. Их так и называют-тепловые двигатели.
  Прогресс нашей цивилизации напрямую связан с применением
  различных видов тепловых машин. Нет ни одной области
  человеческой деятельности, где бы не применялись машины.
  Они 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.
  
  

• 6 слайд

  Тепловые двигатели
  Паровая
  машина
  Двигатель
  внутреннего
  сгорания
  Дизельные
  Карбюраторные
  Турбина
  Газовая
  Паровая
  Реактивный
  двигатель
  ВИДЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
  

• 7 слайд

  Страницы истории
  

• 8 слайд

  
  Перелистаем некоторые страницы истории. Первыми
  прототипами тепловых двигателей были пушка Архимеда
  и шар Герона. В то время изобретение Герона не нашло
  применения и осталось забавной игрушкой. Понадобилось
  пятнадцать столетий, чтобы игрушки превратились в
  в полезные изобретения. Появились сообщения об идеях
  Леонардо да Винчи и паровой турбине Джиованни Бранка.
  Стало известно об «огненной машине» - паровом насосе
  француза Дени Папена, которую усовершенствовали
  англичане Томас Севери и Томас Ньюкомен, предложив
  впускать в цилиндр уже готовый пар попеременно с
  холодной водой.
  

• 9 слайд

  Геронов шар
  1- подвод пара от котла;
  2- паровой котёл;
  3- сопло;
  4- пароприёмник.
  
  

• 10 слайд

  ПУШКА АРХИМЕДА
  

• 11 слайд

  Схема насоса Севери
  

• 12 слайд

  Машина Папена
  

• 13 слайд

  Паровой насос Томаса Ньюкомена
  

• 14 слайд

  Модель Бранка
  

• 15 слайд

  Чертеж паровой машины Ползунова
  

• 16 слайд

  Общий вид установки Ползунова
  

• 17 слайд

  Тепловая машина Дж. Уатта
  

• 18 слайд

  Паровые машины начали свое шествие по Земле. Казалось,
  что до создания универсального парового двигателя
  осталось совсем немного. Однако понадобилось еще
  50 лет, чтобы был построен универсальный двигатель, и
  случилось это в России.
  И.И.Ползунов умер, когда ему было всего 38 лет.Паровая
  машина, которую он изобрёл, проработала недолго, и
  вскоре о ней и об изобретателе забыли.Первую вполне ра-
  ботоспособную универсальную паровую машину запотен-
  товал в 1784г. Дж. Уатт. С небольшими усовершенство-
  ваниями она более ста лет оставалась единственным
  прмышленным двигателем: она приводила в движение
  станки и паровозы, пароходы и даже первые автомобили.
  

• 19 слайд

  Итак, к концу XVIII века все основные виды тепловых
  двигателей были известны: паровые машины, прототип
  двигателя внутреннего сгорания-машины с пороховым
  зарядом, прототип реактивного двигателя- Геронов шар.
  Двигатель внутреннего сгорания был изобретён в 1860 году
  французским механиком Э.Ленуаром. Свое название он
  получил из-за того, что топливо в нем сжигалось не
  снаружи, а внутри цилиндра двигателя. Аппарат Ленуара
  имел несовершенную конструкцию, низкий КПД(около3%)
  и через несколько лет был вытеснен более совершенными
  двигателями.
  

• 20 слайд

  Наибольшее распространение среди них получил
  четырехтактный ДВС, сконструированный в 1878году
  немецким изобретателем Н.Отто. Двигатели Ленуара и
  Отто работали на смеси воздуха со светильным газом.
  Бензиновый ДВС был создан в 1885 году немецким
  изобретателем Г.Даймлером. Примерно в это же время
  бензиновый двигатель был разработан и О.С.Костовичем
  в России. Горючая смесь (смесь бензина с воздухом)
  приготовлялась в этом двигателе с помощью специального
  устройства, называемого карбюратором.
  К концу XIX века ДВС заняли прочные позиции, и вскоре
  началась эра автомобилестроения.
  
  

• 21 слайд

  Первый автомобиль с бензиновым ДВС был создан в 1886
  году Г.Даймлером. В том же году появился трёхколесный
  автомобиль К.Бенца. В 1892 году свой первый автомобиль
  построил Г.Форд(США). Через 11 лет его автомобили были
  запущены в массовое производство. В 1908 году
  автомобили начали производить на Русско-Балтийском
  заводе в Риге.
  

• 22 слайд

  «Форд», США ,1892г.
  

• 23 слайд

  «Руссо-Балт»-первый русский автомобиль
  

• 24 слайд

  АВТОМОБИЛЬ « БЕНЦ »
  !910г.
  

• 25 слайд

  Первый автомобиль
  Сохранившаяся
  модель
  

• 26 слайд

  Нагреватель Т1
  Рабочее
  тело
  Холодильник Т2
  Окружающая
  среда
  А`= |Q1| - |Q2|
  Q1
  ГАЗ
  ПАР
  Q2
  T2 < T1
  ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
  

• 27 слайд

  В работе двигателей можно выделить следующие общие
  черты: 1). энергия топлива превращается в механическую
  энергию. При этом энергия топлива сначала превращается
  во внутреннюю энергию газа или пара, нагретых до
  высокой температуры;
  2).необходимо наличие двух тел с различными
  температурами. Они называются нагревателем и
  холодильником. Кроме того необходимо рабочее тело (пар
  или газ). В процессе работы теплового двигателя рабочее
  тело забирает у нагревателя некоторое количество теплоты
  Q1 и превращает часть его в механическую энергию А`, а
  непревращенную часть теплоты Q2 передает холодильнику.
  
  

• 28 слайд

  По закону сохранения и превращения энергии Q1=Q2+A`
  3).работа любого теплового двигателя циклична. Каждый
  цикл состоит из разных процессов:
  -получения энергии от нагревателя;
  -рабочего хода (расширения рабочего тела и превращения
  части полученной энергии в механическую);
  -передачи неиспользованной части энергии холодильнику.
  Наличие нагревателя, рабочего тела и холодильника-
  принципиально необходимое условие для непрерывной
  циклической работы любого теплового двигателя.
  Невозможность полного превращения внутренней энергии
  газа в работу тепловых двигателей обусловлена
  

• 29 слайд

  необходимостью процессов в природе.Коэффициентом
  полезного действия теплового двигателя называют
  отношение работы A`, совершаемой двигателем, к
  количеству теплоты,полученному от нагревателя:
  
  η=А`/|Q1|=(|Q1|-|Q2|)/|Q1|=1-|Q2|/|Q1|
  Т.к. у всех двигателей некоторое количество теплоты
  передается холодильнику, то η<1.
  Французский инженер и учёный Сади Карно придумал
  идеальную тепловую машину с идеальным газом в
  качестве рабочего тела. Он получил для КПД этой машины
  следующее значение: η=(T1-T2)/T1=1-T2/T1
  
  

• 30 слайд

  a). η не зависит от Q, P, V, m топлива;
  б). η является функцией только двух температур.
  Данная формула даёт теоретический предел для
  максимального значения КПД тепловых двигателей.
  Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее,
  чем выше температура нагревателя и ниже температура
  холодильника. Лишь при температуре холодильника,
  равной абсолютному нулю, η=1.
  Но температура холодильника практически не может быть
  ниже температуры окружающего воздуха. Повышать
  температуру нагревателя можно. Однако любой материал
  (твёрдое тело) обладает ограниченной теплостойкостью,
  и жаропрочностью.
  

• 31 слайд

  Графическое изображение КПД двигателя
  

• 32 слайд

  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. Если проследить
  историю развития тепловых машин, то следует заметить,
  что постоянное усовершенствование машин в конструкции,
  в создании новых видов топлива привело к тому, что
  современные машины имеют достаточно высокий КПД по
  сравнению с первоначальными моделями. Первая паровая
  машина преобразовывала менее 1% всей энергии в
  полезную работу.
  

• 33 слайд

  P,V – ДИАГРАММА РАБОТЫ ДВС
  А теперь в качестве примера рассмотрим принцип работы
  карбюраторного двигателя с помощью P,V-диаграммы:
  0
  р
  v
  1
  2
  7
  3
  4
  5
  6
  

• 34 слайд

  I такт: всасывание горючей смеси (1-2), объём
  увеличивается при P=const.
  II такт: сжатие горючей смеси (2-3). В точке 3 горючая
  смесь поджигается электрической искрой, происходит
  взрыв, и давление скачком повышается (3-4).
  III такт: рабочий ход (4-5), в конце которого (точка 5)
  открывается выпускной клапан, давление резко падает
  (5-6).
  IV такт: поскольку давление остается больше
  атмосферного, отработанные газы выталкиваются в
  окружающую среду (6-7), происходит выхлоп.
  
  

• 35 слайд

  Цикл завершён, закрывается выпускной клапан, открывается
  впускной, начинается новый цикл. Полезная работа ДВС
  равна площади заштрихованной фигуры.
  Малая масса, компактность, сравнительно высокий КПД
  (25-30%) обусловили широкое применение карбюраторных
  двигателей. Они приводят в движение автомобили,
  мотоциклы, моторные лодки, бензопилы. Но у этих
  двигателей есть и недостатки: дорогое высококачественное
  топливо, довольно сложная конструкция,большая скорость
  вращения вала двигателя, выхлопные газы, загрязняющие
  атмосферу. Более экономичен четырёхтактный дизельный ДВС.
  В истории техники известны имена таких изобретателей, как
  Т.А.Эдисон, Н.Тесла, В.Г.Шухов, которые подарили миру сотни
  идей и решений. У немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля только
  одно детище, но зато такое, без которого сегодня немыслим мир
  машин, двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от
  сжатия.
  
  

• 36 слайд

  РУДОЛЬФ ДИЗЕЛЬ
  Дизель
  

• 37 слайд

  Схема работы четырёхтактного двигателя
  

• 38 слайд

  Пневматический модельный двигатель
  

• 39 слайд

  Современная паровая турбина
  

• 40 слайд

  Одноступенчатая
  турбина
  Многоступенчатая
  турбина
  Рабочие лопатки
  
  Сопло
  Направляющие лопатки
  

• 41 слайд

  В 1892 году инженер Рудольф Дизель
  получил патент на двигатель, в цилиндре которого
  сжимался воздух, а не горючая смесь. В процессе этого
  сжатия температура воздуха поднималась настолько, что
  при попадании в него топлива оно самовозгоралось.
  Дизельный двигатель работает без карбюратора и свечи,
  на дешёвых сортах топлива, причем расходует его меньше.
  КПД=35-40%. Дизельные двигатели устанавливают на
  тракторах и автомобилях, на речных и морских
  теплоходах, на дизель-электроходах,тепловозах,
  электростанциях небольшой мощности.
  
  

• 42 слайд

  МГД- генератор
  Электропроводящая
  добавка
  

• 43 слайд

  пути совершенствования существующих двигателей, так и по
  линии создания двигателей, конструкция которых
  принципиально отличается от существующих (МГД-
  генераторы, атомные, ядерные двигатели и т.д.).
  Важно иметь в виду, что рост числа двигателей внутреннего
  сгорания не может не вызывать озабоченности с точки зрения
  охраны природы и защиты окружающей среды.
  «Автомобиль- не роскошь, а средство передвижения»-это
  известно всем. Но то, что машина из блага цивилизации
  может превратиться в ее бич, мы, к сожалению, стали
  понимать совсем недавно. Чем больше машин выходит на
  улицы, тем труднее горожанам мириться с их гудящим и ча-
  дящим потоком.
  Конструкторская мысль современных учёных идёт как по
  

• 44 слайд

  Отрицательное влияние тепловых
  машин на окружающую среду связано с действием
  различных факторов. Во-первых, при сжигании топлива
  используется кислород из атмосферы, вследствие чего
  содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
  Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением
  в атмосферу углекислого газа. В атмосферу ежегодно
  выбрасывается 5 млрд. т СО2. Дальнейшее увеличение
  концентрации СО2 в атмосфере может привести к
  повышению её температуры («парниковый эффект»).
  В-третьих, при сжигании угля нефти атмосфера
  загрязняется азотными серными соединениями,
  Вредными для здоровья человека.
  

• 45 слайд

  Загрязнение воздуха
  слабое
  сильное
  

• 46 слайд

  ней во взаимодействие,способствуют образованию ионов
  алюминия и других токсических металлов, что приводит к
  загрязнению как поверхностных, так и грунтовых вод.
  Алюминий, например, способен вызвать болезнь
  Альцгеймера, заключающуюся в преждевременном
  старении и развитии умственной неполноценности.
  Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг вред-
  ых веществ. При сжигании топлива происходят выбросы
  и твердой фазы (сажи). Попадая в поверхностные воды,
  сажа способствует повышению их щелочной реакции.
  В саже содержится сильное канцерогенное вещество-бен-
  зопирен. Установлена высокая заболеваемость злока-
  чественными опухолями у людей, длительное время ды-
  шавших воздухом с бензопиреном.
  

• 47 слайд

  Особенно много бензопирена выделяется на холостом
  ходу, во время разгона, торможения, а также при езде
  по плохим дорогам.
  Вследствие применения этилированного бензина в ат-
  мосферу выбрасывается ежегодно около 200 000 тонн
  свинца. Он вызывает заболевания крови, нарушение
  функции почек, нервные расстройства, отрицательно
  влияет на синтез белка и наследственность. В США
  применение этилированного бензина запрещено с 1988г.
  Каковы же пути решения этих проблем?
  Использование в автомобилях вместо карбюраторных
  бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых
  не добавляют свинец.В большинстве стран мира запрещено
  использовать свинцовые добавки к бензину.
  
  
  
  
  

• 48 слайд

  Атомный ледокол
  

• 49 слайд

  Коварным газом является
  оксид углерода СО, или угарный газ. В лёгких он
  соединяется с гемоглобином крови в 200=300 раз быстрее,
  чем кислород. При сильном отравлении человек может
  погибнуть от кислородного голодания. Зарегистрированы
  случаи, когда, попадая в районы интенсивного авто-
  мобильного движения, люди теряли сознания. Угарный
  газ угнетает также активность ферментов клеток печени,
  сердца,мозга, повышает уровень сахара в крови. Выбросы
  сернистого газа SO2 и оксидов азота вызывают
  заболевания дыхательных путей. Кроме того,
  осадки (дождь, туман, снег), оседая на почву и вступая с
  
  

• 50 слайд

  Электромобиль
  

• 51 слайд

  
  . Кроме того,автомобили
  могут работать на более экологически чистом топливе-
  сжиженном газе. Выхлопных газов при этом образуются
  гораздо меньше. Конечно, автомобили выжигают кисло-
  род атмосферы. Но в любом городе много пустырей, а в
  любой сельской местности - заброшенных земель, все они
  могут быть засажены деревьями, которые восполнят в ат-
  мосфере кислород, израсходованный машинами.
  перспективными являются разработки и испытания авто-
  мобилей, в которых вместо бензиновых двигателей приме-
  Меняются электродвигатели, питающиеся от аккумулято-
  ров, или двигатели, использующие в качестве топлива
  водород
  
  
  
  
  

• 52 слайд

  Водородное топливо обладает многими достоинствами.
  Его теплотворная способность почти в 3 раза выше чем у
  бензина. Водород самый распространенный элемент во
  Вселенной, на Земле его в 100 000 раз больше, чем камен-
  ого угля. Запасы его практически неисчерпаемы. Более
  того, при сгорании образуется вода, из которой можно
  снова получить водород.
  Везде пути открыты водороду,
  Горючим стать имею все права,
  Не гибла бы от дыма вся природа,
  Прекрасная зеленая трава.
  Водород легко транспортировать по трубопроводам и
  распределять между потребителями. Подсчитано: транс-
  портировка водорода на 100 км обходится на 20% де-
  шевле, чем того же количества электроэнергии.
  

• 53 слайд

  Автомобиль на топливных элементах
  н2О
  Схема энергоустановки
  на
  топливных элементах
  
  

• 54 слайд

  А если расстояние увеличивается, разница в стоимости
  переброски ещё существеннее – доставка водорода на
  1600 км выгоднее уже вдвое. Задача получения дешево-
  го водорода, преодоление его взрывоопасности при мас-
  совом использовании, видимо, будет решена уже в
  обозримом будущем.
  Использование спирта в качестве автомобильного топ-
  лива также существенно снизит загрязнение среды, вых-
  лоп спиртового двигателя значительно менее токсичен.
  Можно использовать и бионефть, т. к. в ней практичес-
  ки отсутствуют вредные примеси, в том числе самая
  неприятная из них – сера. В Амазонии нашли дерево
  капаибу, достигающее почти 30 м в высоту. Из одного
  надреза на стволе этого дерева может за час натечь
  около 20 л отличного дизельного топлива.
  

• 55 слайд

  Бразилия является
  лидером в использовании спирта в качестве автомо-
  бильного топлива.
  Не менее перспективным является и электромобиль.
  Преимущества электромобиля несомненны.
  Во-первых, он экологически чист, во-вторых, исключается
  использование нефти, а сжигать нефть, как заметил ещё
  Дмитрий Иванович Менделеев, всё равно, что топить
  печь ассигнациями.
  Появились первые машины, энергию для движения кото-
  рых дают фотоэлементы, преобразующие энергию Солнца,
  а чтобы эта энергия расходовалась более рационально,
  систему управления оснащают компьютерами.
  В скором будущем электромобиль станет главным видом
  городского транспорта.
  

• 56 слайд

  Современный автомобиль
  

• 57 слайд

  Т.о. Наш урок показал, что развитие автотранспорта тесно
  связано и с физикой, и с химией, что для устранения
  вредных последствий этого развития необходимо провести
  мероприятия по снижению токсичности выхлопов
  автотранспорта на региональном, государственном и
  международном уровнях. В частности, и для выполнения
  стандартов Единой экологической комиссии ООН по
  экологии автотранспорта, которые наша страна обязалась
  выполнять по Женевскому соглашению 1986г.
  В заключение хочу сказать, что каждый из нас в ответе
  за чистоту на нашей Земле!
  

• 58 слайд

  Спасибо за урок!