Разработка урока по физике на тему"Паровая турбина"

Физика .8 класс

Конспект урока на тему:

«Паровая турбина. КПД теплового двигателя».

Цели урока:

Образовательные. Познакомить учащихся с устройством и принципом действия паровой турбины. Ввести понятие КПД теплового двигателя. Обозначить проблемы охраны окружающей среды.

 Развивающие. Развивать научное мировоззрение, логическое и абстрактное мышление, умение анализировать физические процессы, наблюдать, сравнивать, оценивать, устанавливать связи между физическими явлениями.

Воспитательные. Воспитывать самостоятельность, культуру речи, умение грамотно выражать свои мысли, используя физическую терминологию, информационную культуру, грамотное отношение к своему здоровью, экологическую безопасность.

Оборудование.ПК, Модель ДВС, паровой турбины

Ход урока:

1.                  Организационный момент.

2.                  Повторение ранее изученного материала.

Устный опрос учащихся:

1)      Из каких тактов состоит работа двигателя внутреннего сгорания?

2)      В каком из тактов внутренняя энергия топлива превращается в механическую, то есть двигатель совершает работу?

3)      Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания?

3.Актуализация опорных знаний.

Жизнь людей невозможна без использования различных видов энергии. Источниками энергии являются различные виды топлива, а также энергия ветра, солнечная энергия, энергия приливов и отливов.

Поэтому существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой. По своей сути машина – устройство, которое служит для преобразования одного вида энергии в другой.

Тепловые машины преобразуют внутреннюю энергию в механическую. Мы с вами уже изучили один из видов тепловых машин – двигатель внутреннего сгорания, а сегодня познакомимся еще с одним видом – паровой турбиной, а кроме этого выясним такой вопрос, что происходит с внутренней энергией в результате ее преобразования в механическую. Итак, тема нашего урока «Паровая турбина. КПД теплового двигателя». Запишите, пожалуйста, в ваших рабочих тетрадях число и тему урока.

 4.Изучение нового материала. (Лекция)

В современной технике широко применяют другой тип теплового двигателя. В нем пар или нагретый до высокой температуре газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.

Паровая турбина представляет собой насаженный на вал массивный диск. По ободу диска закреплены лопасти. Около лопастей расположены трубы – сопла, в которые поступает пар из котла. Работает турбина следующим образом. Пар, полученный в паровом котле под большим давлением, имеет температуру близкую к 600⁰С. Он направляется в сопло и в нем расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струи пара, обладающие большой кинетической энергией, поступают из сопла на лопасти турбины и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение. Вал и диск с лопастями образуют ротор турбины, который помещается в корпус. По всей поверхности корпуса помещаются сопла.

Схема устройства паровой турбины.

В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар последовательно проходит через лопасти всех дисков, отдавая каждому из них часть своей энергии.

Несколько дисков насаженных на один вал.

Паровые турбины широко применю на современных тепловых и атомных электростанциях, где паровую турбину соединяют с генератором электрического тока.

Тепловые электростанции работают по следующему принципу: топливо сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряет воду, циркулирующую внутри расположенных в котле труб, и перегревает образовавшийся пар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та. В свою очередь, - вал электрического генератора. Затем отработавший пар конденсируется, вода из конденсатора через систему подогревателей возвращается в котел.

Турбины имеют ряд преимуществ по сравнению с другими тепловыми двигателями. Они выгодны и экономичны, поскольку используют в качестве рабочего тела водяной пар, а для его получения возможно применение любого, в том числе достаточно дешевого топлива. Кроме того, турбины позволяют получать довольно большие мощности, а их КПД составляет 30-40%.

Паровые турбинные двигатели нашли также широкое применение на водном транспорте. Их применению на сухопутном транспорте и тем более в авиации препятствует необходимость иметь топку и котел для получения пара, а также большое количество воды для использования в качестве рабочего тела.

В нашей стране строят паровые турбины мощ­ностью от нескольких киловатт до 1 200 000 кВт. Постепенно находят все более широкое применение газовые турби­ны, в которых вместо пара используются продукты сгорания газа.

Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть энергии, которая выделяется топли­вом. Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теря­ется в окружающем пространстве.

Тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника. Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты. Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу за счет своей внутренней энергии. Часть энергии передается атмосфере — холодильнику — вместе с отработанным паром или выхлопными газами.

Очень важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие коэффициента полезного действия двигателя — КПД.

Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффици­ентом полезного действия теплового двигателя.

КПД теплового двигателя определяют по формуле:  

КПД = А_П/Q₁, или КПД = (Q₁ – Q₂)/Q₁,

где А_п — полезная работа, Q₁ — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q₂ — количество теплоты, отданное холодильнику, Q₁ –Q₂ — количество теплоты, которое пошло на совершение работы. КПД выражается в процентах.

Например, двигатель из всей энергии, выделившейся при сгора­нии топлива, расходует на совершение полезной работы только одну четвертую часть. Тогда коэффициент полезного действия двигателя равен ¼ или 25% .

КПД двигателя обычно выражают в процентах. Он всегда меньше единицы, т. е. меньше 100% . Например, КПД двигателей внутренне­го сгорания 20 — 40% , паровых турбин — выше 30% .

5.Закрепление и обобщение знаний.

Вопросы:

1.      Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами?

2.      Каковы основные части турбины?

3.      Какими преимуществами обладает турбина по сравнению с двигателем внутреннего сгорания?\

Рещение задач.

1. Тепловая машина, получив 4000 Дж тепла, совершила работу в 1 кДж. Определите КПД машины. (Ответ: КПД = 25%)

 2.КПД машины 40%. Определите работу, которую совершила машина, если она получила 6 кДж тепла. (Ответ: А = 2400 Дж)

3. Выполняя домашнее задание, ученик записал: «К машинам с тепловым двигателем относятся: реактивный самолет, паровая турбина, мопед». Дополните эту запись другими примерами.

6. Домашнее задание.

§ 23, 24, упр. 17

Подготовьте доклад на одну из тем (по желанию):

.

1.      История изобретения паровых машин.

2.      История изобретения турбин.

3.      Первые паровозы Стефенсона и Черепановых.

4.      Достижения науки и техники в строительстве паровых турбин.

5.      Использование энергии Солнца на Земле.

 Рефлексия