Урок на тему «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
Афлятунова Гулюса Шагитовна
Учитель физики гимназии № 4 Кировского района г.Казани Республики Татарстан
Цели урока:
Образовательные – рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей;
выяснить роль тепловых двигателей в жизни мирового сообщества;
Развивающие – совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительные
умения учащихся; формировать представление о процессе научного познания;
Воспитательные – прививать культуру умственного труда; раскрыть сущность
экологических проблем и убедить учащихся в жизненной важности бережного
отношения к окружающей нас природе.
Тип урока: урок усвоения новых знаний.
Оборудование: пробирка, пробка, вода, таблица «ДВС» экологические таблицы.
Плакаты:
1. Жак Ив Кусто: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек
устрашает природу»
2. 1 т бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг вредных веществ;
в атмосферу ежегодно выбрасывается 5 млрд т. СО2 в состав выхлопных газов входит
1200 компонентов, в том числе оксид углерода, оксиды азота, углеводороды,
альдегиды, оксиды металлов (наиболее вредный – оксид свинца), сажа.
Ход урока
Организационный момент
Подготовка к усвоению нового материала (организовать и
целенаправить познавательную деятельность учащихся)
а) мотивация
Мощный расцвет промышленности в XIX в был связан с изобретением первого
теплового двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития
автомобильного транспорта.
В нем дикая,
страшная сила
Гнездится –
она называется –
«пар»
В.Г.Бенедиктов
Тема нашего урока – тепловые двигатели и охрана окружающей среды.
б) формулировка цели урока.
Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Все они при
работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные
для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы
охраны окружающей среды.
Наша цель раскрыть сущность экологических проблем; научить видеть физику в
окружающем мире.
III.
Актуализация опорных знаний учащихся (повторить и углубить
знания, необходимые для усвоения нового материала; прием обучения –
эвристическая беседа)
IV.
Освоение нового материала.
1. Проделаем опыт. Нальем в пробирку немного воды, затем плотно закроем ее
пробкой нагреем воду до кипения. Под давлением образовавшегося пара
пробка выскочит и поднимается вверх. Сначала в этом опыте энергия
топлива перешла во внутреннюю энергию. Затем пар, расширяясь, совершил
I.
II.
работу – поднял пробку. Если мы заменим пробирку прочным
металлическим цилиндром, а пробку – поршнем, способным двигаться
внутри цилиндра, то получим простейший тепловой двигатель.
Тепловыми двигателями называют машины, преобразующие внутреннюю
энергию топлива в механическую.
Существует разные виды тепловых двигателей:
 паровая машина,
 двигатель внутреннего сгорания,
 газовая и паровая турбина,
 реактивный двигатель.
Различные по конструкции и назначению паровые машины разработали:
Т.Севери (англичанин), Т.Ньюкомен (англичанин), Д. Папен (француз), И.И. Ползунов
(русский), Д.Уатт (англичанин).
Большое значение для развития науки и техники имело изобретение Уатта,
которое совпало по времени с бурным развитием промышленности в Англии.
Изобретение паровой машины сыграло огромную роль в переходе к машинному
производству. Недаром на памятнике Уатту написано: «Увеличил власть человека
над природой».
2. Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г, французским
механиком Э.Ленуаром. Свое название он получил из – за того, что топливо
в нем сжигалось внутри цилиндра двигателя.
Наибольшее распространение получил четырехтактный двигатель внутреннего
сгорания, сконструированный в 1878 г. немецким изобретателем Н.Отто Каждый
рабочий цикл этого двигателя включал в себя четыре такта:
-впуск горючей смеси,
-ее сжатие,
-рабочий ход,
-выпуск продуктов сгорания.
Отсюда и название двигателя – четырехтактный.
I такт – выпуск. Открывается впускной клапан, поршень движется вниз, рабочая
смесь занимает весь объем цилиндра.
II такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется, рабочая смесь
сжимается, и при минимальной рабочей смеси происходит воспламенение от искры.
III такт – рабочий ход. При сгорании рабочей смеси давление газов составляет
5-7 мПа, а Температура 1500 - 2200ºС. Поршень под действием газов движется вниз,
температура газа уменьшается. Происходит преобразование части внутренней энергии
в механическую.
IV такт – выпуск. Поршень начинает двигаться вверх, открывается выпускной
клапан, и отработанные газы выходят в окружающую среду.
Частота вращения вала – от 3000 до 7000 оборотов в минуту. КПД-25-30%.
В 1897г. немецкий инженер Р.Дизель сконструировал ДВС, в котором
сжималась не горючая смесь, а воздух. В процессе этого сжатия температура воздуха
поднималась настолько, что при попадании в него топлива оно самовозгоралось.
Специального устройства для воспламенения топлива в этом двигателе уже не
требовалось; не нужен был и карбюратор. Новые двигатели стали называть дизелями.
Двигатели Дизеля являются наиболее экономичными тепловыми двигателями. КПД31-44 %.
Применение ДВС: они приводят в движение самолеты, теплоходы, тракторы,
тепловозы, морские и речные суды, автомобили.
3. Охрана окружающей среды.
Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Все они при
работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные
для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы
охраны окружающей среды.
Особое место в экологическом загрязнении занимает транспорт. Один легковой
автомобиль в среднем в год потребляет около 4 тонн кислорода, а выбрасывает в
атмосферу около 40 кг окиси азота и почти 200 кг различных углеводородов. Выбросы
особенно значительны при малых оборотах двигателей или в моменты торможения или
увеличения скорости. В этот момент выделяется в десятки раз больше несгоревших
частиц, чем при обычной работе двигателя в пути. Отработавшие газы автомобильных
двигателей оказывают вредные влияния на весь организм человека, воздействуют на
органы обоняния, вызывают раздражение глаз, верхних дыхательных путей,
обострение легочных и других хронических заболеваний, в некоторых случаях могут
привести к серьёзным отравлениям.
Отрицательные последствия использования машин:
а) Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа,
способного поглощать тепловое инфракрасное излучение поверхности Земли. Рост
концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к повышению ее температуры
(парниковый эффект). Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и
катастрофические повышение уровня Мирового океана.
б) при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего
содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
в) При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными
соединениями, вредными для здоровья человека.
Ежегодно сжигая 33 млрд т угля, человечество рассеивает вместе с золой до 220
тыс. т урана и 280 тыс.т. мышьяка, в то время как мировое производство этих двух
металлов составляет в год соответственно 30 и 40 тыс. т.
В результате сжигания топлива в атмосферу поступает около
200 млн т. оксида углерода (II)
150 млн. т. оксида серы (IV)
50 млн. т. оксида азота (II)
250 млн. т. пыли
70 млн. м³ соединений свинца и других металлов.
В последние годы охране окружающей среды во всех странах мира уделяется
большое внимание.
Для этого необходимо обеспечить:
1) более полное сгорание топлива;
2) более тщательную очистку газов, выделяющихся двигателями
внутреннего сгорания;
3) поиск более «чистого» продукта. Ведутся большие исследовательские
работы по созданию водородного двигателя, в процессе работы
которого в атмосферу не выбрасываются вредные газы.
Перспективными с точки зрения экологии являются электромобили, в которых
вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель.
Защита окружающей среды – дело каждого, и каждый может и должен
принять в нем посильное участие.
V. Закрепление нового материала (закрепить знания и умения, необходимые
для самостоятельной работы учащихся)
Итак, попробуем ответить на вопросы:
1. Перечислите виды тепловых двигателей. Каковы отрицательные последствия
применения тепловых двигателей?
2. Какая экологическая проблема нашла отражение в строках китайского поэта
Цюй Цюбо?
Генерал – губернатор
Мчится в автомобиле.
Белесый клубится дым,
Зловоние душит людей.
4. Одним из перспективных направлений в поисках экологически чистых видов
топлива является переход на широкое использование водорода. Чем это
объяснить?
VI. Подведение итогов урока (формировать систему знаний о процессе
научного познания)
Основу научного познания заложил великий итальянский ученый Г.Галилей.
Именно этим путем идут ученые, совершая свои открытия. И мы на уроке изучали
новый материал соответственно циклу естественнонаучного познания.
Метод научного познания позволяет объективно отражать действительность и
применяется не только в физике, но и в других областях науки. Вспомним основные
этапы и их последовательность в изучении тепловых двигателей. Какой этап научного
познания вам показался наиболее трудным? Наиболее важным? Наиболее интересным?
VII. Домашнее задание.
§ 22. Подготовить доклад на тему: «Использование энергии Солнца на
Земле».