Двигуни внутрішнього згоряння (8 кл)

Тема:    Двигуни внутрішнього згоряння

 (8 кл)

 

Мета:            Сформування знання учнів про роботу пари і газу на          прикладі двигуна внутрішнього згоряння.   Ознайомити учнів з історією винаходу, будовою та           принципом дії ДВЗ.

                Розвивати вміння учнів працювати з текстом      підручника (знаходити відповіді на запитання),  користуватися таблицями, порівнювати й зіставляти процеси, що вивчаються (такти в роботі двигуна).

                Ознайомити учнів з екологічними проблемами, що виникають під час використання теплових двигунів і знайти шляхи їх розв` язання.

 

Обладнання:  Модель двигуна внутрішнього згоряння, фото чотирициліндрового двигуна внутрішнього згоряння, картка-конспект,  висловлювання,  презентація.

 

 

„Охорона природи – це справа всіх і кожного, це державна справа”

(Закон України „Про охорону навколишнього середовища”).

 

 

„Винахідник не бореться проти законів природи, а використовує їх”

 

 

 

 

 

 

 

 

План уроку.

1. Організаційний етап.

2. Мотивація навчальної діяльності.
3. Актуалізація опорних знань.
4. Повідомлення теми, мети уроку.

5. Вивчення нового матеріалу.

 

• Історія винаходу ДВЗ
• будова двигуна внутрішнього згоряння,
• принцип  дії двигуна внутрішнього згоряння,
• види двигунів,
• двигуни і екологічні проблеми,
• задача,

6. Закріплення.

• самостійна робота в тестовій формі,
• робота в парах (кросворд),

7. Підсумок уроку.

8. Д/з

 

 

 

 

І. Організаційний етап.

     Сьогодні на уроці ми продовжимо працювати над темою „Теплові машини”.

 

   ІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Теплові машини широко використовуються в повсякденному житті

суспільства

Потужні парові турбіни на теплових і атомних електростанціях приводять

в рух ротори генераторів електричного струму.

Понад 80% усієї електроенергії в нашій країні виробляється на теплових

електростанціях.

Залізничними магістралями водять состави потужні тепловози, водними

шляхами – теплоходи. Мільйони автомобілів з двигунами внутрішнього

згоряння перевозять вантажі й пасажирів.

 

Турбореактивні двигуни встановлюються на літаках і гелікоптерах.

За допомогою ракетних двигунів здійснюються запуски штучних

супутників, космічних станцій.

 

ДВЗ є основою механізації виробничих процесів в сільскому господарстві.

 Їх використовують на тракторах, комбайнах, самоходних шасі, насосних

 станціях.

 

 

 

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

(протягом 3-5 хв. Проводиться повторення основних питань у вигляді фронтального опитування.)

 

   1.Яку машину ми називали тепловою?

   (Тепловою машиною називають пристрій, що виконує механічну роботу за

    рахунок    теплової енергії)

 

   2.  З яких трьох обов’язкових елементів складається будь-яка теплова машина?

                  - нагрівник,

• охолоджувач,
• робоче тіло.

 

    3.    Сформулюйте загальний принцип дії теплової машини?

     (Нагрівач передає робочому тілу кількість теплоти Q , що виділилась при згорянні     палива. Робоче тіло виконує механічну роботу А, витративши частину одержаної від  нагрівача кількості теплоти. Невикористану кількість теплоти Q  робоче тіло передає охолоджувачу).

 

    4.   Як визначити КПД теплової машини

 

 

   ( Це відношення виконання двигуном корисної роботи А  до кількості

теплоти Q   одержаної від нагрівача.)

 

    5. Які ви знаєте теплові машини?

    (  ДВЗ, холодильник, парові і газові турбіни, турбореактивні і ракетні двигуни.)

 

На уроці ми розглянемо один із видів теплової машини – це двигуни внутрішнього згоряння.

 

ІV. Повідомлення теми, мети уроку

 

Тема:      Двигуни внутрішнього згоряння.

 Сьогодні ми будемо працювати за таким планом

(сповіщається план уроку, який записаний на дошці).

 

V. Вивчення нового матеріалу.

.

Учень 1:  До кінця ХVІІ- початку ХVІІІ ст. людина не створила ніяких двигунів, крім вітряка і водяного колеса. У створенні на той час нових двигунів не було потреби, бо все господарство трималося на праці рабів, а пізніше – кріпаків, які виконували майже всю роботу, необхідну для життя суспільства. Але ось у містах почали зароджуватися перші промислові цехи, а пізніше – мануфактури, де праця була поділена на окремі нескладні операції. Їх найкраще виконували машини і верстати, які приводилися в дію від водяного колеса. Згодом з’явилися фабрики й заводи. Для виготовлення  машин і верстатів було потрібно багато металу, треба було добувати вугілля, відкачувати воду з шахт, чимось замінити коней, які працювали на шахтах і рудниках. Зробити так, щоб кораблі перестали залежати від вітру. Потрібен був новий універсальний двигун, який би приводив у дію різні машини і верстати, мав невеликі розміри і працював від місцевих джерел енергії.

 І такий двигун був створений. Це – тепловий двигун. Над його створенням працювало багато винахідників.

 

 

Учень 2:            Створення:

• Під час випробування машини Дені Папена вона була знищена вибухом.
• Французький винахідник Ленуар застосував для запалювання електричну іскру (1680р.). Двигун Ленуара не був позбавлений недоліків, його ККД сягав лише 5%, він не дуже ефективно витрачав паливо і мастильні матеріали, занадто сильно нагрівався, але це був перший комерційно успішний проект створення двигуна для потреб промисловості.
• Французький інженер Бо де Роша вирішив, що газ у циліндрі перед запалюванням треба стиснути, він же придумав  схему нового чотиритактного двигуна (1862р.).Але до його створення, а тим більше комерційного виробництва справа так і не дійшла.
• Двигун на світильному газі німецького винахідника Отто.

 

• Трохи більше ста років тому німецький механік Даймлер одержав патент на винахід бензинового двигуна. Цей двигун був установлений на перших автомобілях (1885-1886) і Німеччині компанією „Даймлер і Бенс.” Уже в 1893 році автомобілі Бенса стають першими в світі дешевими транспортними засобами масового виробництва. В1889 році Даймлер удосконалив свій чотиритактовиц двигун, запропонувавши V подібне розташування циліндрів і рвиеористання клапанів, які набагато збільшили питому потужність двигуна на одиницю маси.
• 1888 року капітан морського флоту Росії О.С. Костович розробив проект бензинового двигуна.

Цей двигун мав потужність 60кВт і був призначений для     

дерижабля

Пізніше його застосували на транспорті і сільському

господарстві.

 

 

Розглянемо будову двигуна внутрішнього згоряння

(робота з карткою-конспектом, яка є у кожного учня)

Учні працюють з карткою, а вчитель на дошці.

 

 

1. Давайте поміркуємо, чому ці двигуни називають двигунами внутрішнього

згоряння?

( Тепловий двигун, у якому паливо згоряє всередині самого двигуна називається двигуном внутрішнього згоряння.

Для бензинового двигуна  оптимальною є горюча суміш, що складається з 1 частини бензину і 15 частин повітря (1:15)

 

 2. Найпоширенішим двигуном внутрішнього згоряння є чотиритактний. Один

робочий цикл двигуна здійснюється за чотири ходи поршня, або як кажуть, за чотири такти.

 

Крайні положення поршня називаються мертвими точками.

 

 

3.Ми з вами казали, що паливо згоряє всередині циліндра?

Як паливо потрапляє всередину циліндра?

(знайдіть відповіді в підручнику.)

 

 (Під час повороту вала двигуна поршень рухається вниз. Об’єм над поршнем збільшується – створюється розрідження. У цей час відкривається впускний клапан, і в циліндр надходить пальна суміш.)

(демонстрування І такту на моделі)

(запис на дошці: „І такт – впуск пальної суміші”)

 

4.  Прочитайте, що буде далі?

 ( Поршень піднімається вгору і спускає пальну суміш. Клапани закриті. В кінці

1І такту суміш загоряється від електричної свічки.

(демонстрування ІІ такту на моделі запис на дошці: „ІІ такт – спуск суміші”).

 

5. Прочитайте в підручнику опис ІІІ такту. Як він називається

(  ІІІ такт називається робочим ходом, тому, що гази, які утворюються наслідок

згоряння пальної суміші, тиснуть на поршень і рухають його вниз.

Виконується робота.

(демонстрування ІІІ такту на моделі. Запис на дошці „ІІІ такт – робочий хід”)

 

6.  Прочитайте наступний абзац і ознайомтесь з ІV тактом.

  ( Це випуск. У ІV такті поршень рухається вгору і виштовхує гази через відкритий випускний клапан. В кінці такту клапан закривається.

(демонстрування ІV такту на моделі. Запис на дошці – „ІV такт - випуск”).

 

 7. Одже, за скільки тактів відбувається один робочий цикл у двигуні?

    ( За 4 такти.)

 

8. Подивіться на модель. Що відбувається при подальшому обертанні колінчатого      валу?    

   (  Такти повторюються.)

 

 Тобто у двигуні внутрішня енергія нагрітого газу перетворилося у

внутрішню енергію   поршня.

 

9.  Подивіться на ці двигуни.

(демонстрація одноциліндрового та чотирициліндрового двигуна)

Чим вони відрізняються?

 Кількістю циліндрів

 

10.   Як ви думаєте, чи однакова потужність цих двигунів?

  ( Потужність чотирициліндрового більша.)

  Правильно, багатоциліндрові двигуни забезпечують рівномірне обертання

 вала і мають більшу потужність.

 

Одноциліндрові двигуни встановлюють на моторних човнах і мопедах.

Двоциліндрові двигуни – на мотоциклах.

4, 6, 8, 12 циліндрові двигуни – на автомобілях, тракторах.

 

11.Чому поверхня циліндра ребриста?

( Така поверхня забезпечує краще охолодження двигуна.)

 

12. Для чого необхідно охолоджувати двигун?

(  Під час роботи двигуна він нагрівається. Якщо його не охолоджувати,

пальна суміш може передчасно загорітися. Тому охолодженням і

підтримують певну температуру двигуна.)

 

Які ж види двигунів  внутрішнього згоряння існують?

 Учень 3     

                    Двигуни внутрішнього згоряння із самозапалюванням сконструював 1897р.   німецький інженер Рудольф Дизель. На честь винахідника цей двигун назвали дизелем. У циліндрі дизеля стискається не пальна суміш, а чисте повітря, яке розжарюється при цьому    до 650 С. У момент підходу поршня до верхнього положення у циліндр через форсунку впорскується пальне, яке в циліндрі загоряється. Дизель економічний і має  вищий коефіцієнт корисної дії. Дизельні двигуни ставлять на автомобілях великої вантажопідйомності, тракторах, суднах, тепловозах. Тобто, в залежності від того, як запалюється від електросвічки, не від нагрітого повітря, їх поділяють на:

 

 

• Карбюраторні ДВЗ  (ККД    30%),
• Дизельні ДВЗ (ККД     40%)

 

Загальний недолік – забруднення атмосфери вихлопними газами.

Зараз у світі налічується понад 300 млн. Автомобілів і їх кількість щорічно зростає на 30 млн. Збільшуються масштаби транспортних перевезень, а згідно і масштаби екологічної шкоди, якої вони завдають природі.

   .

    Про деякі екологічні проблеми розкаже нам еколог. Учень 11 класу

.

Учень 4:     

                    Так, лише один сучасний реактивний пасажирський літак протягом восьмигодинного польоту з Європи до Америки „з’їдає” від 50 до 75 т. кисню, викидаючи в атмосферу десятки тонн вуглекислого газу, оксидів азоту та інших шкідливих сполук. Легковий автомобіль забирає з повітря кисню майже в 100 раз, а вантажний – у 200 разів більше, ніж одна людина. На автомобільний транспорт припадає понад 40% забруднення атмосфери великих міст, у тому числі й Києва. Підраховано, що якби з’єднати всі вихлопні труби автомобілів, яки бігають вулицями Києва, в одну трубу, то утворився б зловісний кратер діаметром 25м., з якого щорічно вивергається 110 тис. тонн шкідливих газів. Справа погіршується ще й тим, що автомобільні викиди концентруються в приземному шарі повітря  - саме в зоні нашого дихання.

 

Екологічні проблеми планети, що виникають у зв'язку з використанням теплових двигунів

 

 Забруднення атмосфери

 

Під час роботи теплових двигунів найбільшому забруд­ненню піддається повітряний басейн планети. Тверді частинки пилу й сажі, що утворюються під час роботи теплових двигунів, запилюють повітря. Це є причи­ною помітних змін погоди (похолодання, часті тумани й дощі). Викиди сірчистого газу й оксидів азоту є при­чиною утворення кислотних опадів, які приводять до загибелі сільськогосподарських культур, лісів, негативно впливають на прісні водойми і їхніх мешканців.

Викиди вуглеводнів призводять до утворення фотохімічного смогу. Під час роботи теплових двигунів виділяється вуглекислий газ. Наявність цього газу в атмосфері разом з парами води приводить до парникового ефекту. Атмос­фера пропускає видиме сонячне випромінювання, що поглинається поверхнею Землі. Нагріта Земля випускає невидиме інфрачервоне випромінювання, що значною мірою поглинається вуглекислим газом, який міститься в атмосфері. У результаті температура на поверхні землі підвищується.

 

 

Всесвітній фонд  дикої  природи

 

Як паливо зараз використовуються нафтопродукти. У результаті аварій, витоків під час заправлення танкерів і перекачування нафти в берегові сховища величезна кількість нафти потрапляє в море. Розливаючись по поверхні води тонкою плівкою в кілька мікрон, тонна нафти може покрити площу близько 12 км². Нафтова плівка порушує газо- і вологообмін між атмосферою й водоймою, що відіграють значну роль у формуванні клімату. Навіть незначна домішка нафти до морської  води викликає загибель ікри й мальків багатьох видів риб: Але головна загроза забруднення морських вод нафтою полягає в загибелі фітопланктону, що є першою ланкою харчового ланцюга мешканців моря.    Фітопланк­тон є основним виробником кисню на земній кулі, виробляючи за рахунок фотосинтезу близько 70 % усього кисню. Катастрофічні розливи нафти в море приводять до знищення безлічі морських птахів. Водоплавні птахи дзьобом змащують свої пір'я жиром, який виділяють особливою залозою. У результаті пір'я не змочуються  водою, пух під пір'ям залишається сухим, навколо тіла птаха зберігається повітряний прошарок. Завдяки цьому птах тримається на волі й не мерзне навіть у холодній воді. Коли ж пір'я змочує нафта, вода проникає в шар пуху, птах замерзає й тоне.

 

 

Теплові двигуни й здоров'я людини

Медицина

 

Шкідливі викиди, що утворюються в результаті роботи теплових двигунів, впливають на організм людини.

Діоксид вуглецю діє на шкіру й слизові оболонки.

 Оксид вуглецю при вдиханні зв'язується з гемоглобі­ном крові, витісняючи з неї кисень, у результаті настає кисневе голодування, що позначається насамперед на центральній нервовій системі. Оксид вуглецю може зумовити появу хвороби серця — стенокардії.

Діоксид азоту викликає сильне роздратування слизових обо­лонок очей.

Альдегіди подразнюють очі, дихальні шляхи, вражають центральну нервову систему, нирки й печінку. У разі фотохімічного смогу запалюються очі, слизові оболонки носа і горла, відзначаються симптоми ядухи, загострення легеневих і нервових захворювань. Сірчистий газ призводить до росту онкозахворювань.

Сполуки свинцю вражають органи й тканини організму, нервову систему, порушують обмінні процеси.

 

 

 

 

 

 

Вчитель:     Як боротися з цим забрудненням?

Учень:       

                    В результаті спалювання вуглеводневого палива в двигунах внутрішнього згоряння в атмосферу викидається вуглекислий газ, концентрація якого зростає приблизно на 0,25% за рік. Це небезпечно, бо може викликати в майбутньому розігрівання атмосфери за рахунок парникового ефекту. З вихлопних труб автомобілів в атмосферу викидаються також оксиди сірки й азоту, що спричиняє виникнення кислотних дощів. Атмосфера забруднюється також дрібними твердими частинками попелу, шлаку, неповністю згорілого палива (сажею).

 

 

Шляхи зниження забруднення навколишнього середо­вища:

   Для зменшення токсичності  вихлопних газів автомобілів застосовують

регулювання двигунів, впроваджують „екологічно чисті” марки пального,

встановлюють на автомобілях спеціальні каталізатори, які допалюють чадний

газ до вуглекислого тощо.

•   використання в автомобілях замість карбюраторних бензинових двигунів дизелів, у паливо яких не до­дають свинцю;

•   перспективними є розробки й випробування автомобі­лів, у яких замість бензинових двигунів застосовують електродвигуни, що працюють на акумуляторах, або двигуни, що використовують як паливо водень. Але ще є багато нерозв'язаних проблем;

•   на теплових електростанціях, що працюють на вугіллі і викидають велику кількість оксидів сірки в газах, слід пропускати ці гази через спеціальні пристрої — скрубери, в яких сірка зв'язується вапном, тоді концентрація оксиду сірки істотно зменшується.

 

 

Задача.

Скільки дизельного палива спалить двигун міжміського автобуса за 1 год. Якщо він розвиває потужність 110кВт? ККД двигуна 25%, питома теплота згоряння дизельного палива 4,2* 10⁷  Дж/кг.

 

 

Вчитель:    Що треба зробити, щоб зменьшити масу палива?

Учень:       Аналізуючи формулу, треба замінити його ефективнішим, у якого питома типлота згоряння q більша, а також підвищити ККД двигуна.

Вчитель:    Давайте звернемось до табл. (стор. 37) і розглянемо дані таблички і скажіть яке паливо треба використати?

Учень:       Пропан, питома теплота більша q   =4,8 * 10 ⁷ Дж/кг.

Вчитель:   Доречі під час спалювання природного газу викидання оксидів азоту на 20% менше, ніж при спалюванні інших видів палива.

 

 

 

 

 

VІ. Закріплення матеріалу.

 

Самостійна робота.

 

1. В ДВЗ відбувається перетворення:

а) механічної енергії в теплову;

б) теплової енергії в механічну.

2. Що є робочим тілом у двигуні внутрішнього згоряння

а) повітря

б) вода

в) навколишнє середовище

г) розжарені гази

3. Під час другого такту  в ДВЗ поршень :

а) рухається вгору;

б) рухається вниз.

в) не рухається

4. Де виконується механічна робота:

а) в 1 такті;

б) в 2 такті;

в) в 3 такті.

5. Другий такт має назву:

а) стискання суміші;

б) робочій хід.

6. Під час другого такту температура суміші:

а) знижується;

б) підвищується.

     7. Якого такту немає в робочому циклі двигуна внутрішнього згоряння

           а) впуск

           б) розтискання

           в) робочий хід

           г) випускання

     8. Який ККД дизельних двигунів

           а) 4%

           б) менше 20%

           в) близько 40%

           г) 100%

(учні перевіряють правильність виконання самостійної роботи за ключем,

  який написаний на дошці)

 

 

 

 

 

VІ. Підсумок уроку.

Вчитель:   Підіб’ємо підсумок уроку. Що ми вивчили сьогодні?

Учень:      Ми розглянули роботу і принцип дії двигуна внутрішнього згоряння.

Вчитель:   Чому він так називається.

Учень:      Тому, що в такому двигуні паливо згоряє в середині циліндру.

Вчитель:   Ми ознайомились з двигунами внутрішнього згоряння двох видів. Що об’єднує ці двигуни?

Учень:     Теплові машини, в яких механічна робота виконується за рахунок внутрішньої енергії палива.

Підсумок:

 Проблема охорони навколишнього середови­ща є глобальною, тому що вона зачіпає інтереси всього людства. Земля — наш загальний дім, і ми повинні берегти й охороняти її.

 Сьогодні були порушені екологічні про­блеми нашої планети, пов'язані з використанням тепло­вих двигунів, і позначені шляхи їх розв'язання. Дякую всім за активну участь у конференції й сподіваюся, що в майбутньому ви завжди пам'ятатимете про екологію та необхідність її охорони заради здоров'я людини.

 

VІІІ. Інформація про домашнє завдання.