Конспект уроку для 8 класу з теми "ПЕРЕТВОРЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ В МЕХАНІЧНУ. ПРИНЦИП ДІЇ ТЕПЛОВОЇ МАШИНИ"

ТЕМА: «ПЕРЕТВОРЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ В МЕХАНІЧНУ. ПРИНЦИП ДІЇ ТЕПЛОВОЇ МАШИНИ»

МЕТА: вести поняття «теплова машина»; розглянути застосування закону збереження і перетворення енергії в теплових двигунах; ввести поняття «коефіцієнт корисної дії теплового двигуна»;

розширити політехнічний кругозір учнів;

стимулювати розвиток творчості, ініціативи, кмітливості, логічного мислення.

ТИП УРОКУ: урок вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

І. ОРГАНІЗАЦІЙНІ МОМЕНТИ

ІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

«Винахідник не бореться проти законів природи, а використовує їх»

1. Слово вчителя

Ми вже говорили про те, що розвиток техніки залежить від уміння як найповніше використати запаси внутрішньої енергії яка є в паливі.

• Що означає використати внутрішню енергію? (заслуховуються відповіді учнів).

Отже, використати внутрішню енергію ― означає виконати за рахунок неї корисну роботу (підняти вантаж, перевезти, тощо). А це, у свою чергу, означає, що внутрішню енергію треба перетворити в механічну.

• Як це можна зробити? (заслуховуються пропозиції учнів).

Демонстрація: − наливаємо в пробірку невелику кількість води;

                              щільно закриваємо корком;

                              нагріваємо воду до кипіння.

(спостерігаємо як під тиском пари корок вилітає з пробірки і

піднімається на деяку висоту вгору)

• Що ми спостерігали?

• Як можна пояснити побачене? (заслуховуються відповіді учнів).

Отже, енергія палива перейшла у внутрішню енергію пари, а пара розширюючись, виконала роботу ― підняла корок.

Внутрішня енергія пари перетворилася в кінетичну енергію корку.

Відтоді, як людство пізнало природу теплової енергії, вчені почали працювати над пошуком способу перетворення теплової енергії в механічну.

Якщо скляну пробірку замінити металевим циліндром, а корок ― щільно припасованим поршнем, то ми дістанемо найпростіший тепловий двигун.

Тепловий двигун (теплова машина) ― це пристрій, в якому внутрішня енергія палива перетворюється в механічну енергію.

У 1765 році Іван Іванович ПОЛЗУНОВ (російський винахідник) створив парову машину, яка працювала на гірничодобувному заводі.

Історична довідка (виступ учня з повідомленням «І.І. Ползунов та його парова машина»)

У 1769 році Никола́ Жозе́ф КЮНЬО́ (французький інженер) створив перший паровий автомобіль. Людину яка керувала авто і одночасно топила паровий котел,  називали шофером. Ця машина розвивала швидкість 7 км/год.

У 1784 році Джеймс УАТТ (англійський винахідник) запатентував універсальний паровий двигун.

Історична довідка (виступ учня з повідомленням «Д. Уатт та його паровий двигун»)

Цей двигун тривалий час був єдиним, що приводив у рух паровози, пароплави, перші автомобілі. (демонструються репродукції).

• Як же працював паровий двигун?

• Які складові частини мають обов’язково бути у тепловому двигуні?

• Чи все тепло, що виділяється при згорянні палива йде на виконання роботи двигуном? (заслуховуються відповіді учнів)

Отже, у будь-якому тепловому двигуні лише частина енергії, «прихована» в паливі, витрачається на виконання роботи. При роботі теплового двигуна спостерігаються такі втрати:

• теплові (неповне згоряння палива, нагрівання деталей двигуна, нагрівання навколишнього середовища);
• механічні (подолання сил тертя частин і механізмів двигуна).

Для характеристики ефективності двигунів введено фізичну величину ― коефіцієнт корисної дії (ККД).

ŋ ― коефіцієнт корисної дії (ета)

A_кор  − корисна робота,

Q_повн – кількість теплоти.

ККД теплового двигуна найчастіше подають у відсотках, визначається методом непрямих вимірювань (він завжди менший за 100%)

2. Розв’язування задачі на обчислення ККД

Двигун трактора може розвивати потужність 60 кВт, споживаючи при цьому в середньому 18 кг дизельного пального за 1 годину. Визначте ККД цього двигуна.

• Чому таке мале значення ККД?

• На що йдуть теплові втрати?

А = Q₁ – Q₂, а оскільки Q₁ > Q₂, то ККД < 100 %

У 1851 році англійський фізик Уильям ТОМСОН (лорд КЕЛЬВІН) сформулював твердження:

«У природі неможливий процес, єдиним результатом якого є виконання механічної роботи лише за рахунок охолодження джерела теплоти».

Яке лягло в основу конструювання теплових машин.

ІІІ. УЗАГАЛЬНЕННЯ ОТРИМАНИХ ЗНАНЬ

• Що називається тепловою машиною?

• Що лежить в основі роботи теплової машини?

• Які основні складові частини теплової машини?

IV. ПІДСУМКИ УРОКУ

Отож ми можемо сказати:

Поважні тепер теплові двигуни,

Бо людям полегшують працю вони:

Орють, засівають, збирають зерно,

Без них, як без рук все одно.

Із міста у місто нас возять не раз

І тим економлять нам сили і час.

Внизу залишивши свій шлейф вогняний,

У простір космічний злітають вони.

В повітрі, як птахи, як риби в воді,

Хоч досить вже давні, та все ж молоді.

Потрібні всім людям усюди й завжди,

Та тільки призводять, бува, до біди.

Повітря отруйне, як спадок, для всіх –

І в тому їх шкода, великий їх гріх.

А скільки пального з'їдають щодня!..

То, може, вернемо вола і коня?

Проблеми відразу розв'яжуться всі:

Є віз дерев'яний, навіщо таксі?

Чи, може, зуміємо вихід знайти,

Щоб Землю свою й двигуни зберегти?

А на наступному уроці ми більш детально познайомимося з роботою  окремих видів двигунів:

― двигун внутрішнього згорання;

― парова та газова турбіни.

Розглянемо їх сферу використання, обговоримо проблеми (технічні та екологічні), що виникають під час їхньої експлуатації та шляхи вирішення цих негараздів.

V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1. Прочитати §16 (дати відповіді на контрольні питання)

2. Розв’язати письмово Вправа 16 (1, 3).

3. Підготувати бліц-повідомлення на тему «З історії винайдення теплових двигунів».

Дякую всім за співпрацю!