Урок «Тепловые двигатели» ( 36 Кб)

Горелова Ирина Владимировна
Урок «Тепловые двигатели»
познакомить учащихся с историей создания тепловых двигателей, влияние работы
тепловых машин на окружающую среду, экологическая цена автомобиля.
Цели урока:

научить рассчитывать КПД машины, повторить формулы для расчета количества теплоты
при нагревании, охлаждении, плавлении, кристаллизации, парообразовании и конденсации

совершенствовать навыки самостоятельной работы, активизировать мышление школьников, умение
самостоятельно формулировать выводы, развивать речь;
развитие познавательного интереса к предмету

Для начало мы должны изучить историю создания первых машин, т.е. тепловых двигателей.
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива
превращается в механическую энергию. Существует несколько видов тепловых двигателей:
паровая машина, ДВС, паровая и газовая турбина, реактивный двигатель. (Ученики, выходя по
одному к доске знакомят с хронологией развития тепловых двигателей
Первые тепловые двигатели. Выступают ученики
До конца 17 начала 18 века человек не построил никаких двигателей. Кроме ветряного и водяного колеса.
Рождение тепловых двигателей было нелегким. Много изобретателей в разных странах работали над их
созданием, много было побед и разочарований. Каждый из них внес труд в создании новых двигателей,
появление которых совершило целый переворот в жизни человека.
1760 год. Русский изобретатель Иван Ползунов создал проект 1-го универсального парового двигателя.
1770 год. Английский механик Джеймс Уатт работал над усовершенствованием паровой машины. Уатт
сделал машину экономичнее: меньше требовалось пара, меньше расходовалось топливо.. КПД был очень
мал 3%.
1803 год. Англичанин Ричард Тревитик создал первый паровоз со скоростью 30 км/ч. Господствовало
убеждение, что паровоз не сможет тянуть состав.
1823 год. Английский инженер Д.Стефенсон построил 1 паровозостроительный завод. Имели скорость 50
км/ч.
1834 год. В России первый паровоз изобрели и построили мастера Черепановы. Лишь к середине 20 в. на
смену паровозам стали приходить электровозы и тепловозы.
1860 год. Француз Э. Ленуар, построил устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства.
КПД=3%.
1878 год. Немецкий изобретатель ОТТО создал 4-тактный двигатель внутреннего сгорания.
1888 год. Автомобили с ДВС создали немецкий инженер Даймлер и Бенц. Бензиновый двигатель с
карбюратором, КПД=25-32%
1897 год. Немецкий инженер Р.Дизель изобрёл двигатель без карбюратора. В тракторах, большегрузных
машинах, на кораблях, передвижных электростанциях. КПД=35-44%.
1903 год. Г.Форд основатель автомобилей марки “Форд”.
1939 год. К. Тойода основатель автомобилей марки “Тойота”
1969 год. Выпуск КАМАЗА в г. Набережные Челны.
Экологическая цена автомобиля. Выступают ученики.
На протяжении всего 20 в. производство автомобилей стремительно возросло. К 2010 году число
автомобилей достигнет миллиардной отметки. Такое распространение автомобилей получил благодаря
качествам установленного на нём двигателя. При небольшой массе он развивает мощность, достаточную
для быстрой езды, потребляя при этом топливо.
В цилиндрах двигателя происходит окисление мелкораспылённого и испарённого топлива кислородом
воздуха с образованием тепла, углекислого газа и воды. Продукты его неполного сгорания выбрасываются
из выхлопной трубы в атмосферу, что это причиняет ощутимый вред здоровью людей и природе. Среди
множества различных газов и химических соединений, выбрасываемых автомобилем, есть и токсичные
вещества. Больше выделяется СО, СН, NO, сажа, SO2, свинец. Количество вредных выбросов зависит и от
технического состояния автомобиля. Нарушение регулировок, мелкие неисправности приводят к
повышенному выбросу вредных веществ. По всей России выброс вредных веществ автомобилями к 2007 г.
составил 20 млн.т.
Новые технологии.Ученик.Чтобы остановить загрязнение окружающей среды, необходимо вводить новые
виды топлива. Можно использовать в качестве топлива и водород, обеспечивающий очень чистый выхлоп.
Однако пока не удайтся создать дешёвые и безопасные системы образования и хранения водорода на
борту автомобиля. 2H2 + O2 = 2H2O
Значительный интерес представляют электрические двигатели, использующие аккумуляторные батареи и
электротехнические генераторы. Электромобили отличаются хорошей приспосабливаемостью к
переменным режимам городского движения. При поектировании новых автомобилей необходимо думать и о
том, как утилизировать их остатки, исключать применение материалов, которые, попав в конце концов на
свалки, будут загрязнять окружающую среду.
КПД двигателя. ( Тепловой двигатель, формула КПД)
Диск «КиМ» Урок № 06 пункт 11 ( КПД интерактив)
Задача 1
Первый гусеничный трактор конструкции А.Ф.Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 2
ч. он расходовал 10 кг топлива, у которго удельная теплота сгорания равна 30?106 Дж/кг.
Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.
Кроссворд (слайд ). Учащимся предлагается ответить на вопросы, которые читает учитель и записывать
ответы в кроссворд на доске (с использованием презентации – на интерактивной доске) или на отдельных
распечатанных листочках. Ключевое слово подскажет вам о чем мы будем говорить дальше.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Процесс перехода из жидкого состояния в твердое, происходящий при постоянной температуре.
Мельчайшая частица вещества.
Эту величину измеряют в градусах Фаренгейта и в градусах Цельсия.
Переход из твердого состояния в жидкое при постоянной температуре.
Единица измерения количества теплоты.
Причина, увеличивающая скорость испарения жидкости.
Процесс перехода из жидкости в пар, происходящий с поверхности жидкости.
Вспомним какие тепловые процессы мы изучили?
Какие величины входят в эти формулы?
Слайд
. Поставить в соответствие формулы и названия процессов.
Слайд
.Ответьте на вопросы:
1. Олово переведено из одного агрегатного состояния в другое. Затвердело оно или, наоборот,
расплавилось, если известно, что его внутренняя энергия уменьшилась?
2. Вода или водяной пар, если их массы одинаковы, обладают при 100 о С наименьшей внутренней
энергией? Почему?
3. Телу сообщили некоторое количество теплоты. Всегда ли можно утверждать, что температура тела
повысилась?
4. Какой из двух металлов (алюминий или медь) вы бы выбрали, чтобы изготовить посуду, годную для
расплавления в ней второго металла?
5. Какой из кусков (стальной или вольфрамовый) останется твердым, если он будет брошен в
расплавленное железо?
6. Можно ли расплавить золото, держа его в оловянной ложке?
Слайд
.
На доске изображен график процесса для воды массой 2 кг. Учащимся предлагается поэтапная работа с
графиком.
А) Назвать процессы в этом графике, прокомментировать горизонтальные участки.
В) Отгадать ключевое слово по первым буквам процесса.
1
А
2
И
3
Ь
1. Процесс АВ (нагревание)
2. Процесс DE (кипение)
3. Процесс ВС (плавление) Ответ: НАКИПЬ ( показать накипь в трубах)
Задача 2
Какое количество теплоты требуется для плавления меди массой 2 кг, взятой при температуре 25 °С ?
Температура плавления меди 1085 °С , удельная теплота плавления меди 2,1 х 105 Дж/кг.
Задача 3
Какое количество теплоты потребуется, чтобы 29 кг воды, взятой при температуре 20 °С, нагреть
до кипения и обратить в пар. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/ кг х°С ; удельная теплота
парообразования воды L = 2,26 х 106 Дж/ кг?
Задача 5
Определите количество теплоты необходимо для превращения 300 кг льда, взятого при температуре: а) 0
°С: б) -10 °С; в пар при температуре 100 °С. Удельная тепломощность льда с = 2100 Дж/ кг х°С, удельная
теплота плавления льда ? = 3,4 х 10' Дж/ кг., удельная теплота парообразования L = 2,26 х 106 Дж/ кг.
Самостоятельно.
Рассчитайте количество теплоты, необходимое для осуществления процессов, указанных ниже.
Массу вещества считать равной 2 кг.
Вариант 1: вода (при 20 о С) ---> пар (при 100о С)
Вариант 2: лед (при 0 о С) ---> вода (при 50о С)
Учитель зачитывает отрывок из произведения Ж. Верна «Дети капитана Гранта». Путешественники
оказались на перевале в Андах: «…Вода здесь закипит не при ста градусах, а раньше… - Майор оказался
прав: термометр, опущенный в кипящую воду, показывал всего лишь 87 оС». Объясните это явление.
Оцените, на какой высоте находились путешественники, если считать, что температура кипения воды
уменьшается на 1о через каждые 324 м подъема. (Ответ:4212 м).
2. Фронтальный эксперимент учащихся. На столах учащихся находятся медицинские шприцы без иглы.
Наблюдение закипания воды при резком вытягивании поршня (отверстие в шприце необходимо зажать
пальцем). Объяснение: воздух под поршнем становится разреженным, и вода закипает при комнатной
температуре.
10. Домашнее задание (слайд 8) Приложение
На дворе переполох:
С неба сыплется горох
Съела шесть горошин Нина,
У нее теперь ангина.
Учитель. Что это за явление? (Град.)
Какую энергию истратил организм Нины на плавление и нагревание шести градин до нормальной
температуры тела, если масса градины 1 грамм (t1 = 0 °C). Учащиеся делают в тетради краткую з