Разработка внеклассного мероприятия по физике Что мы знаем о тепловых двигателях

ОГАПОУ «БСК»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ВНЕКЛАССНОГО МЕРОПРИЯТИЯ

«Что мы знаем о тепловых двигателях»

Преподаватель: Лукинова Л.П.

Белгород 2016

Преподаватель: Немецкий естествоиспытатель и врач Юлиус Роберт Майер, живший в XIX в, писал: «Тепло есть сила, оно может быть превращено в движение», это очень важная мысль.

Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Но располагать запасами энергии еще недостаточно. Необходимо за счет энергии уметь приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства транспорта, вращать роторы генераторов электрического тока и т. д. Человечеству нужны двигатели-устройства способные совершать работу. Большая часть на Земле – это тепловые двигатели.(слайд №1)

1студент: Как известно из исторических источников, приблизительно в 1-2в. н.э. в Александрии была создана паровая машина. Ее создателем был хорошо известный древнегреческий ученый и инженер, преподаватель школы Герон Александрийский. Он знал о «движущейся силе» нагретого воздуха и водяного пара. Что же представляла собой его машина? (слайд №2)

Это был металлический шар, из которого выходили две трубки с загнутыми концами. В шар наливали воду и разводили над ним огонь. Когда образовавшийся пар начинал выходить из трубок, шар приходил во вращение

Эта интересная игрушка приводила в восторг публику. Мысль о том, чтобы "приспособить пар к делу" использовать как двигатель для машин, пока не возникала. Это и понятно: техника еще не была развита; к тому же сила многочисленных рабов, домашних животных, воды и ветра; пока ее хватало.

2 студент: Появление теплового двигателя связанно с возникновением и развитием промышленного производство в начале XVIII в. Требовался такой двигатель, который мог бы выполнять работу, не будучи связанным с водой и независящим от погоды. Новый двигатель должен быть универсальным, т.е. приводить в действие самые разнообразные машины.

Одной из первых действующих тепловых машин стала машина, созданная англичанином - изобретателем Томасом Ньюкоменом в 1705 г.(сл.№3)

Это, по нынешним представлениям, весьма несовершенная машина применилась для откачки воды из шахт; она использовалась десятилетиями, потребляя огромное количество теплоты главным образом из- за необходимости периодически нагревать цилиндр после охлаждения его водой.

Это устройство представляет собой модель паровой машины. Ее основная часть - цилиндр - стеклянная пробирка, в которую налита вода комнатной температуры. Внутри пробирки перемещается поршень, соединенный с помощью неподвижных блоков с крюком, который поднимает или опускает груз. Топливом служит сухие горючие. Пар, двигая поршень, совершает механическую работу.

1 студент: В России техник Иван Иванович Ползунов значительно усовершенствовал паровую машину (сл. №4).

. Постройку своей машины Ползунов завершил в 1765 г., а пущена она была в 1766 г. после смерти изобретателя. Машина Ползунова была первым в мире универсальным паровым двигателем.

Первые паровые двигатели имели КПД всего 0,3%. Джеймс Уатт повысил КПД в 2,8 раза. (сл. №5)

Трудами Уатта и др. изобретателей паровая машина постепенно совершенствовалась и завоевывала все новые и новые отрасли промышленности и транспорт (№6)

Первый пароход «Клермон» был пущен в 1807 г. (сл. №7) американским изобретателем Робертом Фультом.

Первый паровоз был построен в 1814 г. английским инженером Джорджем Стефенсоном.

2 студент: В России в 1834 г. отец сын Ефим и Мирон Черепановы, крепостные крупнейшего горнозаводчика Демидова, построили первый отечественный паровоз (сл. №8).

От тепловых машин усилиями ряда конструкторов и изобретателей (Отто и Ленуара) техника перешла к ДВС. Топливо сгорает в нем внутри цилиндра, благодаря чему КПД увеличивается до 33%,. Борьба за повышение кпд ДВС привела еще к одному изобретению- дизельному двигателю. Он был создан в 1878 г. немецким инженером Рудольфом Дизелем (сл. №9)

ДВС в настоящие время является основным на автомобильном транспорте, тракторах, судах. КПД современных двигателей свыше 40%, а карбюраторных ДВС — 25 - 30%.

Преподаватель: Давайте попробуем ответить на некоторые вопросы (сл. №10)

1. 1.Что называют тепловым двигателем?
2.Что такое кпд?
3. Какие виды тепловых двигателей существуют?

4. Каков принцип работы тепловых двигателей?

Ответы: - Это машина, в которой внутренняя энергия топлива превращается в механическую (сл. №11)

(демонстрационный эксперимент: пробирка с водой и пробкой, горелка, штатив, модель ракеты )

- КПД-это величина, которая показывает насколько используется затраченная энергия (сл. №12)

- паровая машина, ДВС, паровая турбина, реактивный двигатель.

- видеосюжет: принцип действия тепловых двигателей

3 студент: Живые организмы также способны совершать

механическую работу, но за счет, сгорания своеобразного топлива - пищи. К ним тоже применимы такие понятия, как полезная работа и КПД. Любое движение тела живого организма связанно с расходом энергии. Затраты энергии прямо пропорциональны интенсивности выполняемой работы. Посмотрите на таблицу. (сл. №13)

Затраты энергии при различных режима

физического труда.

Расход энергии, кДж /мин.

Легкая

10,5-20,1

Умеренная

21,2-31,5

Тяжелая

31,6-42

Очень тяжелая

С затратами энергии связывают и классификацию видов труда.

Умственная работа характеризуется ежедневным расходом энергии до 10800кДж, на физическую работу средней тяжести до 14300 кДж/день, а на тяжелую физическую работу до 16700 кДж/день.

При различных видах деятельности человека значение КПД

варьирует от 10 до 30%. Для совершения любой работы и поддержания работоспособности организму необходима энергия. Ее запасы периодически пополняются за счет пищи. Мы с вами знаем, что различное топливо имеет различную теплоту сгорания. Пища тоже обладает своего рода теплотой сгорания - называют калорийностью.

Посмотрите на примерный рацион питания ученика на 1 день и его энергетическую ценность: (сл. №14)

Масса,

Энергетичес

ценность

продуктов

грамм

кая

кДж

ккал

Завтрак

Хлеб ржаной

100

838

200

Масло

10

306

73

чсливочное

Чай (стакан)

200

209,5

50

Итого:

1676,5

323

Обед.

Борщ

503

120

(1/2порции)

Картофель

100

293

70

Сосиски

100

838

200

Компот

200

628,5

150

(1 стакан)

Хлеб черный

100

838

200

Итого:

3100,5

740

Ужин.

Сырник из

творога с

сметаной

200

1885,5

450

Кефир

200

838

200

Итого:

2723,5

650

Основной энергетический материал пищи - это жиры и углеводы. Энергия, заключенная в пище, благодаря сложным биохимическим процессам в нашем организме, превращается в другие виды, в частности в механическую и внутреннюю энергию. Все они используются в процессе жизнедеятельности.

.

4 студент: Наибольшее значение имеет ис­пользование тепловых двигателей (в основном мощных паровых тур­бин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электри­ческого тока. Более 80% всей электро­энергии в нашей стране вырабаты­вается на тепловых элек­тростанциях (сл. №15).

Тепловые двигатели (паровые турбины) устанавливают на всех атомных электростанциях, где для получения пара высокой темпера­туры используют энергию атомных ядер. На всех основных видах современного транспорта преимуще­ственно используются тепловые дви­гатели.

В автомобильном транспорте при­меняют поршневые двигатели внут­реннего сгорания с внешним обра­зованием горючей смеси (карбюра­торные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси не­посредственно внутри цилиндра (дизели) (сл. 16,17,18). Эти же двигатели устанавливаются на тракторах, незаме­нимых в сельском хозяйстве (сл. 19).

На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным дви­гателем была паровая машина. Теперь же главным образом исполь­зуют тепловозы с дизельными уста­новками и электровозы. Но и электровозы получают энергию пре­имущественно от тепловых двига­телей электростанций (сл. 20). На водном транспорте исполь­зуют как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные паровые турбины для крупных судов (сл. 21).

В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигате­ли, а на огромных лайнерах — турбореактивные и реактивные дви­гатели, которые также относятся к тепловым двигателям (сл 22,23). Реак­тив­ные двигатели применяются и в космических ракетах (сл.24).

5 студент: Повсеместное применение тепловых двигателей с це­лью полу­чения удобной для использования энергии связано с воздействием на окружающую среду. Согласно законам термодинамики производство электрической и ме­ханической энергии в прин­ципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительного количества теплоты, что должно привести к постепенному повышению средней температуры на Земле. Сейчас мощность двигателей в целом составляет около 10¹⁰ кВт. Когда эта мощность дос­тигнет 3-Ю¹² кВт, то средняя температура повысит­ся примерно на один градус. Дальнейшее повы­шение температуры может создать угрозу таяния лед­ников и катастрофического повы­шения уровня Мирового океана.

Объемная концентрация углекислого газа в атмосфере составляет 0,0314% от всех газов атмосферы. Имеются серьезные опасения считать, что даже небольшое увели­чение этой концентрации способно резко нарушить тепловой баланс Земли. А ведь уже сейчас в атмосферу выбрасывается ежегодно око­ло 5 млрд. т С02.Но этим далеко не исчерпы­ваются негативные последствия при­менения тепловых двигателей. Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей непрерывно выбра­сывают в атмо­сферу вредные для растений, жи­вотных и человека вещества: сернис­тые соединения (при сгорании ка­менного угля), оксиды азота, угле­водороды, оксид углерода (II) СО и др.( сл. 25,26) Особую опасность в этом отношении представляют автомоби­ли, число которых угрожающе рас­тет, а очи­стка отработанных газов затруднена. На атомных электро­станциях встает проблема захоро­нения опасных радиоактивных от­ходов.

Все это ставит ряд серьезных проблем перед обществом. Наряду с важнейшей задачей повы­шения КПД тепловых двигателей требуется проводить ряд мероприятий по ох­ране окружающей среды. Необхо­димо повышать эффективность со­оружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ, до­биваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигате­лях. Уже сейчас не допускаются к эксплуатации автомобили с повы­шенным содержанием СО в отрабо­тан­ных газах (сл. 27) Обсуждаются возмож­ности создания электромобилей, способных конкурировать с обычными, и возможность применения горючего |Р без вредных веществ в отработанных газах, например в двигателях, рабо­тающих на смеси водорода с кисло­родом.

Преподаватель (сл. 28):

1. Какое устройство называют тепловым двигателем?

2. Назовите виды тепловых двигателей.

3. Что значит «живой» тепловой двигатель?

3. В чем преимущество «живого» теплового двигателя над ДВС?

4. Какие меры проводят по охране окружающей среды?