Урок на тему Аккумуляторные батареи

Мотивация

Методическая разработка данного урока выполнена в соответствии с комплексом учебной документации для профессиональных лицеев по предме­ту: «Устройство автомобиля-.

Для современного проблемно-развивающего программированного обу­чения характерно преподавание, как управление учебно-познавательной дея­тельностью учащихся, а учение, как интеллекту интеллектуально-активная учебная дея­тельность самих учащихся с преобладанием в ней самостоятельного овладе­ния новыми знаниями. Такое взаимодействие на уроке его подсистем - препо­давание и учение обеспечивает наиболее интересное развитие познаватель­ных способностей учащихся: творческого мышления, сознательности, науч­ного мировоззрения.

Современное развитие технологий позволяет улучшить качество урока, применяя компьютерные технологии, используя видеоматериалы.

Стартерная аккумуляторная батарея выполняет основную функцию - питает электрическим током все потребители электрической энергии автомо­биля. Поэтому учащиеся должны знать назначение, устройство и принцип действия аккумуляторной батареи. При проведении данного урока использу­ются наглядно-демонстрационный и проблемно-поисковый методы организа­ции учебной деятельности, что способствует познавательной активности уча­щихся и лучшему восприятию нового материала.

В ходе проведения таких уроков хорошо прослеживается межпредмет­ная связь (химия, физика), а также связь с профессией и жизнью.

Преподаватель: Бутеев Мурат Султанович

Адресная категория: слесарь по техническому обслуживанию и ремонту автотранспортных средств.

Курс: первый

Учебная дисциплина: Устройство автомобиля

Раздел: Источники тока

Тема урока: Аккумуляторные батареи

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний Цели урока:

Дидактическая: сформировать у учащихся прочные практические знания об устройстве аккумуляторной батареи, принцип действия; обучить учащихся умению определять неисправности.

Развивающая: развить умения составлять и собирать электрические схемы;

развить способность самостоятельно мыслить и уметь пользоваться полученными данными в процессе трудовой деятельности.

Воспитательная: сформировать навыки коллективной работы в сочетании с самостоятельной.

Методы обучения:

1.    Методы организации учебно-познавательной деятельности: словес­ный, наглядный, практический, демонстрационный, проблемно-по- исковый.

2.     Методы контроля: фронтальный, групповой, тестовый Материальное оснащение:

Методическое оснащение:

•         Таблицы, схемы, модель аккумуляторной батареи, литература;

•         Тестовые задания, слайды

Техническое оснащение:

•         Компьютер, мультимедийный проектор, амперметр, вольтметр, проводники электрического тока, ключ, лампочка, аккумулятор­ная батарея, ареометр, нагрузочная вилка, медный купорос.

Литература:

1.                                        В.С.Калисский, А.И. Манзон.. Г.Е.Нагула. Автомобиль категории «С» (учебник водителя), М. « Транспорт», 1985, стр. 110

2.                                         Ю.И.Боровских, В.М.Кленников. В.М.Никифоров и А.А. Саби­нин Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомоби­лей, М.»Высшая школа». 19⁷5. с. “2-76

3.                                         Н.М.Ильин. Электрооборудование автомобилей, с.5-30

4.                                         В.И.Болтовский, З.И. Вайсгант. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. Л.:Энергоатомиздат, 1988, 208с.

Межпредметная связь:

•                                             Физика «Способы электрических соединений», «Электрический ток в электролитах»

•                                             Химия «Электрическая диссоциация». « Электролиз

•                                             Электротехника

СТРУКТУРА УРОКА

I.    Организационный момент

Готовность аудитории к уроку (чистота, порядок, классная доска, мел, видеоаппаратура, компьютер). 

II.    Активизация базовых знании

1.                                                   Назовите проводники  электрического тока.

2.                 Какие материалы не являются проводниками электрического тока?

3.                                                     Дайте определение электрического тока.

4.                                                     Что такое сила тока?

5.                                                          Какие вы знаете способы соединения проводников электрического тока?

6.                                                     Что такое электролит?

III.    Усвоение новых знаний

1.                            Постановка проблемной задачи. Демонстрация кадра из фильма «Бе­регись автомобиля

2.                            Назначение аккумуляторной батареи

3.                            Устройство аккумуляторной батареи

4.                            Принцип действия аккумуляторной батареи (презентация на компью­тере)

5.                            Причины неисправности аккумуляторной батареи

_

IV.    Контроль знании.

Карточки - домино

V.    Подведение итогов урока

Обобщение изученного материала Оценка знаний учащихся

VI.    Домашнее задание

Какие есть потребители электрического тока на вашем автомобиле или на автомобиле  ваших  знакомых?

Какие из потребителей электрического тока потребляют электроэнергию на стоянках (при неработающем двигателе) ?

Н.М.Ильин Электрооборудование автомобилей, с.5-30

ХОД УРОКА I.    Организационный момент

Здравствуйте! Садитесь!

Проверка готовности аудитории к уроку (чистота, порядок, классная доска, мел), проверка посещаемости.

А теперь внимание на экран (демонстрируется кадр из фильма «Бе­регись автомобиля».)

Вопрос: «По какой причине не завелся мотоцикл?», (аккумулятор под­сел). Правильно!

Тема сегодняшнего урока: «Аккумуляторные батареи».

Перед изучением новой темы повторим основные понятия и определе­ния из курса электротехники, физики и химии.

II.                 Активизация базовых знаний.

Повторение основных понятий и определений и определений из курса электротехники, физики и химии.

1.       Назовите проводники электрического тока? (твердые тела, металлы, сплавы, жидкости, растворы солей, кислот и щелочей).

2.         Какие материалы не являются проводниками электрического тока? (твердые тела — дерево, резина, эбонит, пластмассы, стекло, ткани, жид­кости: дистиллированная вода, вещества в газообразном состоянии).

3.     Дайте определение электрического тока. (Это упорядоченное движение за­ряженных частиц (электронов в металлах и ионов в жидкостях).

4.     Что такое сила тока? (Это количество электричества (зарядов, проходя­щих через поперечное сечение проводника в одну секунду).

5.     Какие вы знаете способы соединения проводников электрического тока? (последовательное, параллельное и смешанное соединение проводников).

6.     Что такое электролит? (Электролитом называется жидкий проводник, в котором подвижными носителями зарядов являются только ионы).

III. Усвоение новых знаний

1) Назначение аккумуляторных батарей

Стартерная аккумуляторная батарея на автомобиле выполняет несколь­ко функций, основной из которых является питание электрическим током стартера, откуда и берет свое название - стартерная.

Кроме того аккумуляторная батарея питает электрическим током и дру­гие потребители электрической энергии автомобиля при не работающем дви­гателе (системы зажигания, освещения, сигнализации, музыкальны приборов, бортовых компьютеров, противоугонной системы и т.п.). Кроме того при ра­боте двигателя на малых оборотах, если мощности генератора не хватает, то недостаток электроэнергии восполняется за счет аккумулятора. При пуске двигателя в холодное время года стартерная аккумуляторная батарея должна обеспечивать отдачу еще большей силы тока. Таким образом, аккумулятор­ная батарея должна обладать не большими габаритами и массой, большим запасом электрической энергии (емкостью), малым внутренним сопротивле­нием - чтобы отдавать большой ток, и малым саморазрядом, большим сроком службы и прочностью, быть надежной в эксплуатации и простой в обслужи­вании.

На автомобилях применяют свинцово-кислотные аккумуляторные бата­реи, конструкция которых позволяет разряжать их током, в 3-5 раз превыша­ющим их номинальную стоимость. Например, аккумуляторная батарея емко­стью в 60А.ч. может питать стартер током 180-300А, что сравнимо со свароч­ным током при электро-дуговой сварке.

Обратите внимание на экран. Перед вами рисунок устройства аккуму­ляторной батареи.

2) Устройство  аккумуляторной  баареи

Основной деталью аккумуляторной батареи, обеспечивающей проч­ность и жесткость является ее корпус - бак(4). Бак изготавливается из кисло­тостойкого не электропроводного материала - эбонита, полиэтилена или пластмассы. Внутрь бака запрессовываются кислотостойкие вставки. На дне бака выполнены ребра (3). на которое опираются полублоки положительных (2) и отрицательных (1) пластин. В пространстве между дном бака и пласти­нами будет скапливаться шлам, который осыпается с пластин и это предот­вратит замыкание разноименных пластин между собой. Бак разделен перего­родками на отсеки.

Отрицательные и положительные пластины состоят из решетки, от­литой из сплава свинца и сурьмы, которые выполняют роль каркаса. В решет­ку вмазывается активная  масса пластин, приготовленная в виде пасты. Благо­даря пористости активной массы, активная площадь поверхности пластин увеличивается в 600-800 раз. Активной массой отрицательных пластин яв­ляется губчатый свинец с наполнителем, который предотвращает уплотнение этой массы, а положительных  пластин - двуокись свинца РЬОг.

Следует отметить, что состав активной массы постоянно совершенству­ется в направлении повышения емкости, прочности и долговечности пластин, снижения склонности к сульфотации - образованию не разрушающихся кри­сталлов соединения P₂SO₄ на пластинах.

С помощью специального приспособления одноименные пластины при­вариваются к мостикам с выводными штырями (8), образуя полублоки. Полу­блоки собираются в блоки таким образом, чтобы положительные пластины входили между отрицательными. Чтобы не было короткого замыкания, меж­ду положительными и отрицательными пластинами устанавливают изолято­ры - сепараторы (9). изготовленные из микропористого материала.

Блоки пластин устанавливают в отсеки бака, так называемые банки. С помощью перемычек через штыри отдельные блоки соединяются последова­тельно между собой, образуя аккумуляторную батарею. Крайние штыри предназначаются для подсоединения батареи к потребителям электроэнергии. Банку закрывают крышкой (6), в которой предусмотрены отверстия для за­полнения банки электролитом. Заливное отверстие закрывается пробкой (5). В пробке имеется вентиляционное отверстие, сообщающее полость аккумуля­тора с атмосферой, что необходимо для выхода газов (водорода, кислорода), выделяющихся при химических реакциях.

Разберем, без чего аккумулятор не будет вырабатывать электрический ток. Это электролит. Его готовят из аккумуляторной серной кислоты и ди­стиллированной воды. Кислоту и воду смешивают в кислотоупорных сосу­дах, приливая кислоту тонкой струйкой в воду. Если же лить воду в кислоту, происходит бурная реакция, кислота разбрызгивается и выплескивается из со­суда, а попав на тело, вызывает ожоги (при химических реакциях выделяется определенное количество теплоты, которая увеличивает температуру).

В аккумуляторной батарее происходит реакция: разряд

Pb0₂+2H₂S0₄+Pb                                   PbS0₄+2H₂OPbS0₄

заряд

А обратный процесс - процесс заряда.

Соотношение кислоты и воды в электролите определяют по его плотно­сти. Проверяют плотность электролита ареометром. Уровень электролита из­меряют стеклянной трубкой. Уровень и плотность электролита проверяют в каждой банке батареи. Степень заряженности батареи под нагрузкой опреде­ляют нагрузочной вилкой с вольтметром.

3) Принцип действия аккумуляторной батареи (идет показ слайда, приложение № 1)

В электролите - растворе кислоты H2SO4 в воде Н₂О происходит разло­жение серной кислоты на ионы Н⁺Н⁺ и SO4 ^--, т.е. водород отдает свой элек­трон кислотному остатку. Химически активный кислотный остаток может взаимодействовать с активной массой пластин с образованием соединения PbS0₄.

На отрицательных пластинах эта реакция возможна, если свинец осво­бодится от двух электронов и станет положительно заряженным Р⁺⁺ + S0₄^-- = PbS0₄.

На положительных пластинах реакция будет более сложной. Для об­разования PbS0₄ необходимо, чтобы соединение РЬС₂ разложилось на ионы

Pb⁺⁺⁺⁺         О^--О^--

Ионы водорода Н⁺ и кислорода О^-- будут соединяться с образованием молекулы воды Н2О, а вот для образования РЬО₂ свинцу необходимо допол­нительно получить два электрона. Таким образом, на отрицательных пласти­нах наблюдается избыток электронов, а на положительных - их недостаток. Если соединить клеммы положительной и отрицательной пластин внешним проводником, то по нему электроны будут переходить с отрицательного по­люса на положительный, а это и есть тот электрический ток, который акку­мулятор будет отдавать потребителю. Протекающий процесс можно записать так

положит.                отрицат.          положит.               отрицат.

пластина               пластина           пластина              пластина

                  +               -                      +                          -       

           РbО₂ + 2H₂SO₄ -Рb           PbS0₄ + 2Н₂О + PbS0₄

Таким образом, при разряде аккумуляторной батареи на положитель­ных и отрицательных пластинах будет накапливаться соединение PbS0₄, а ко­личество Рb0₂ и Рb будет уменьшаться. С уменьшением активной массы пла­стин будет уменьшаться и количество электричества, выдаваемое аккумуля­торной батареей своим потребителям. В этом случае говорят: аккумулятор са­дится. Для восстановления работоспособности аккумуляторной батареи нужно разложить соединение PbSО₄ на исходные компоненты РbО2 и Рb, в этом случае говорят: аккумулятор нужно зарядить. Этот процесс возможен, если через аккумуляторную батарею пропустить ток от внешнего, более сильного источника в направлении, встречном току аккумуляторной батареи.

+            -              +            -

PbS0₄ + 2H₂0+Pb SO₄      PbO₂+2H₂SO₄ + Pb

Окончание зарядки определяют по выделению газов из электролита, т.е. по кипению аккумулятора.

На автомобилях устанавливают два источника тока аккумуляторной ба­тареи и генератор - более сильный источник. При работе двигателя на больших оборотах энергии генератора хватит и для потребителей и для под­зарядки аккумуляторной батареи.

Из кинофрагмента видно, что мотоцикл у инспектора ГАИ не заводится по вине аккумулятора. Это значит, что батарея не выдает нужного количества электричества.

Причинами этого могут быть:

1.                             Истек срок годности батареи.

2.                              Сульфатация пластин - образование кристаллов PbS0₄, которые не     

                 разрушаются при заряде.

Причины сульфатации:

а) очень низкий уровень электролита

б) электролит имеет высокую плотность

в) в аккумулятор заливали не дистиллированную с примесями воду

г) длительное хранение батареи без подзарядки

д) в случае глубокого разряда батареи (менее 1,7 В на одной банке)

3.                           Разрушение и осыпание активной массы пластин в результате:

а)  разряда батареи током большой величины длительное время (например: при заводке двигателя автомобиля долго и непрерывно включен стартер)

б) зарядки батареи током большой величины (максимальный заряд­ный ток должен быть не более 0,1 от емкости аккумуляторной бата­реи)

в) длительное и бурное кипение батареи при заряде.

4.                           Саморазряд батареи при не работающем двигателе по причине:

а) большой разности в плотности электролита в отдельных банках (разница должна быть не более чем на 0,01 г/см³).

б) короткое замыкание между пластинами + и - по причине их ко­робления, грязного электролита, большого количества шлама.

в) наличие следов электролита на поверхности бака

г) утечка тока через систему электрооборудования (сырые провода, плохая изоляция, грязь на клеммах и т.п.)

Что нужно сделать, чтобы устранить эти неисправности?

На этот вопрос отвечают учащиеся.

Аккумуляторы, изготавливаемые по старой технологии, имеют ряд недостатков. Основной из них - кипение электролита - выделение газов Н₂ и О₂. В результате чего уменьшается количество электролита, увеличивается его плотность, а это вредно хтя аккумуляторной батареи. Кроме того требует­ся периодическое техническое обслуживание и контроль со стороны владель­ца автомобиля.

В настоящее время разработан новый дизайн закрытых аккумуляторов, не требующих технического обслуживания. В них нет пробок, отверстий, они герметичны. Такие аккумуляторные батареи не кипят, не расходуют электро­лит, не требуют технического обслуживания, они более долговечны.

Такие аккумуляторы целесообразно устанавливать на современные ав­томобили с электронным блоком управления (компьютером), который следит за работой аккумуляторной батареи и не допускает чрезмерного разряда или перезаряда.

IV. Закрепление нового материала.

Игpa в домино. Всем учащимся раздаются карточки - «домино». На каждой карточке - вопрос и ответ. Один учащийся зачитывает вопрос, остальные должны найти правильный ответ, учащийся, у которого карточка с правильным  ответом, озвучивает его и зачитывает следующий вопрос.

Игру начинает учащийся, у которого карточка-домино только с вопро­сом, заканчивает учащийся у которого карточка-домино только с ответом.

Карточки- домино
	Как называется химический
	источник электрической энергии в автомобилях?

Аккумулятор	Из какого материала изготавливают бак аккумулятора ?
Эбонит	Как называется корпус аккумуляторной батареи?

Бак	Какая кислота применяется для приготовления электролита в аккумуляторных батареях?
Серная кислота	Как называются пористые перегородки между пластинами, предупреждающие короткие замыкания?
Сепаратор	Химический элемент, из которого изготовлены пластины аккумуляторной батареи
Свинец

V.     Подведение итогов урока.

Обобщается материал пройденной темы.

Активным учащимся выставляются оценки.

VI.    Домашнее задание.

Какие есть потребители электрического тока на вашем автомобиле или на автомобиле ваших знакомых?

Какие из потребителей электрического тока потребляют электроэнер­гию на стоянках при неработающем двигателе)?

Н.М.Ильин Электрооборудование автомобилей, с.5-30