Матеріали до уроків фізики 8 клас. Теплові явища 1. Тепловий рух молекул. Температура

 Матеріали до уроків фізики 8 клас. Теплові явища

1. Тепловий рух молекул. Температура

Історична довідка

Ідея про те, що теплота обумовлена рухом найдрібніших часток, висловлювалася ще античними філософами. У XVII ст. подібної точки зору на природу теплоти дотримувалися Р. Декарт, Р. Бойль, Р. Гук, И. Ньютон. Проте подальший розвиток цього розділу фізичної науки на рубежі ХУП-ХУШ вв. привело до майже повсюдного визнання існування "теплорода" - особливої невагомої рідини, відповідальної за теплові явища. Зроблена Д. Бернулли спроба математично обгрунтувати молекулярно- кінетичні переконання не отримала підтримка з боку західноєвропейських учених. У 40-х рр. ХУШ ст. до досліджень причин теплоти і холоду приступив Михайло Васильович Ломоносов. У одній зі своїх робіт він писав так: "...теплота полягає у внутрішньому русі матерії.".

Цікавий факт

 Людина набагато витриваліше по відношенню до жари, ніж зазвичай думають: він здатний переносити в південних країнах температуру помітно вище за ту, яку ми в помірному поясі вважаємо ледве переносимою. Влітку в Середній Австралії нерідко спостерігається тем-пература 46 °З в тіні; там відзначалося навіть 55 °З в тіні. Під час переходу через Червоне море в Персидську затоку температура в суднових приміщеннях досягає 50 °З і вище, незважаючи на безперервну вентиляцію. Найбільш високі температури, що спостерігалися в природі на земній кулі, не перевищували 57 °З, зафіксованих в Долині Смерті в Каліфорнії. Спека в Середній Азії не перевищує 50 °С.

Проводилися досліди для визначення вищої температури, яку може витримати людський організм. Виявилось, що при дуже поступовому нагріванні в сухому повітрі він здатний витримати температуру не лише кипіння води, 100 °З, але і багато вище, до 160 °З, що довели англійські

фізики Благден і Чентри, що проводили цілий годинник в натопленій печі хлібопекарні. Можна зварити яйця і зажарити біфштекс в повітрі приміщення, в якому люди залишаються без шкоди для себе", - помічає із цього приводу Джоуль. Тиндаль.

Якісні  питання

1.Залізний цвях нагрівали на плиті, а потім опустили в холодну воду. Як змінилися наступні параметри:

швидкість руху молекул заліза при нагріванні

швидкість руху молекул заліза при охолодженні

швидкість руху молекул води

об'єм цвяха при цих дослідах

2.Повітряну кульку винесли з кімнати на мороз. Як зміняться наступні параметри:

об'єм кульки

швидкість руху молекул повітря усередині кульки

швидкість молекул усередині кульки, якщо його знову повернути до кімнати та ще покласти до батареї

Поясніть дію рідинного термометра.

3.Чому не можна миттєво виміряти температуру за допомогою газового і рідинного термометрів?

4.Молекули одного тіла рухаються в два рази швидше, ніж іншого. Що можна сказати про температури цих тіл?

2. Внутрішня енергія. Способи зміни внутрішньої енергії

Якісні завдання і питання

1.Які перетворення енергії відбуваються в наступних випадках:

при гальмуванні автомобіля

при розпилюванні дрів

при охолодженні води

Загадки

1. Іскри небо пропалюють

А до нас не долітають. (Метеори.)

1.Чому при русі космічного тіла в атмосфері Землі воно нагрівається?

2.Від чого залежить час життя метеора? Які перетворення енергії відбуваються при русі метеора в атмосфері Землі?

3. Види теплопередачі

Цікавий факт

Жінки стверджують, що вуаль гріє, що без неї особа мерзне. При погляді па легку тканину вуалі, нерідко з досить великими осередками, не дуже віриш цьому твердженню.

Але як би великі, не були осередки вуалі, повітря через таку тканину проходить все ж з деяким уповільненням. Той шар повітря, яке безпосередньо прилягає до особи і, нагрівшись, служить теплою повітряною маскою, утримується вуаллю і не так швидко здувається вітром, як за відсутності її. Тому немає основи, не вірити жінкам, що при невеликому морозі і слабкому вітрі особа, вчасно ходьба мерзне у вуалі менше, ніж без неї.

Якісні  питання

1.Навіщо кущі троянд на зиму укривають тирсою

2.Чому вовняний одяг краще оберігає від холоду, чим синтетична?

3.Чому баки для зберігання паливно-мастильних матеріалів фарбують сріблястою або білою фарбою, а не чорною?

4.Яка земля прогрівається сонячними променями швидше: чорнозем або піщаники?

5.Чому посудину з рідиною нагрівають знизу?

 6. Навіщо ручки паяльників, прасок, сковорідок, каструль роблять з дерева або пластмаси?

 7.У якому одязі людина себе почуває влітку комфортніше: в темній або світлій?

 8. У літній душовій кімнаті бак для води вифарбували в чорний колір. Чому?

Прислів'я і приказки

1.Сніг - ковдра для пшениці: чим товще, тим краще їй спиться.

Який фізичний сенс цього китайського прислів'я?  Чому, коли на полях багато снігу, посіви не вимерзають?

2.Дим стовпом - до морозу.

А чому дим стовпом?

Загадки

1.Світло пропускає

А тепло не випускає. (Стекло.)

Яке випромінювання поглинається склом, а яке пропускається?

2.Два арапи - рідні брати.

Зростанням по коліно

Скрізь з нами гуляють.

Від морозу захищають. (Чоботи.)

Які чоботи захищають від морозу краще: тісні або просторі?

3.Взимку немає тепліше

Влітку немає холодніше. (Погріб.) Чому?

4.Під віконцем гармонія

Гарячить, як вогонь. (Батарея опалювання.)

Чому батареї встановлюють саме під вікнами?

4. Кількість теплоти

Історична довідка

Найважливішим етапом в розвитку вчення про теплові явища було встановлення відмінності між поняттями кількість теплоти і температура. Плутанина у використанні цих понять заважала як правильному опису теплових процесів, так і з'ясуванню достоїнств і недоліків теорій теплоти, що висувалися. Першим, хто виразно сформулював думку про необхідність розрізняти дві характеристики теплових явищ - екстенсивну(теплоту) і інтенсивну(температуру), - був англійський вчений Джоуль. Блэк.

Джозеф Блэк народився 16 квітня 1728 р. у французькому місті Бордо. Наукові дослідження він почав звістці в Глазго, коли виконував обов'язки асистента Каллсна. Початок досліджень Блэка по теплоті відноситься до 1760 р. Його перші досліди були поставлені з метою перевірки лінійності шкал термометрів. Ці експерименти привели ученого до думки про відмінність двох характеристик теплових процесів : теплоти і температури. Цікаво, що спочатку Блэк дійшов висновку про існування прихованих теплот і лише, потім сформулював ідею про питому теплоємність як характеристику речовини.

Роботи Блэка по теплоті мали практичне значення: його радами користувався при удосконаленні парової машини Джоулем. Уатт, що працював механіком в університеті Глазго.

Цікаві факти

1. Часто запитують, що вимагає більше часу: нагрівання води на примусі від 10 до 20 °З або від 90 до 100 °З?

Стежачи за ходом нагрівання з годинником в руках, легко переконатися, що нагрівання води на останні десять градусів триває завжди довше, ніж на перші десять градусів; і це попри те, що кількість води, що нагрівається, поступово зменшується внаслідок випару. Пояснюється загадка так: тепло, що виділяється полум'ям, витрачається не лише на посилений випар води, але і на втрати тепла водою внаслідок випромінювання. При високих температурах(90-100 °С) вода випромінює більше енергії, ніж при низьких(10-20 °С). Тому, незважаючи на рівномірне підведення тепла до води, температура її підвищується тим повільніше, чим сильніше вода нагрілася.

2. Чому не можна розплавити цвях в полум'ї свічки? Тому що полум'я свічки недостатньо гаряче для цього, - відповідають звичайно. Але температура полум'я свічки близько 1 600 °З, т. е. на сотню градусів вище за температуру плавлення заліза. Значить, полум'я свічки досить гаряче, та все ж залізо не вдається таким полум'ям довести до розплавлення.

Причина в тому, що одночасно з отриманням тепла від полум'я цвях втрачає тепло шляхом випромінювання. Чим вище піднімається температура предмета, що нагрівається, тим сильніше і випромінювання: втрата тепла росте; настає, нарешті момент, коли втрата і прихід тепла урівноважуються, - подальше підвищення температури припиняється.

Якби цвях цілком уміщався в полум'ї свічки, точніше, в найгарячішій його частині, то найвища температура цвяха при нагріванні дорівнювала б температурі полум'я; тоді цвях розплавився б. Але оскільки зазвичай в полум'ї поміщається тільки частина цвяха і частини, що виступають, безперешкодно випромінюють тепло, та рівність припливу і втрати тепло настає значно раніше, ніж цвях нагріється до температури свічки і навіть до температури плавлення заліза.

Значить, цвях не нагрівається в полум'ї свічки до температури плавлення не через те, що полум'я недостатньо гаряче, а через те, що воно недостатньо велике, не оточує цвях з усіх боків.

Якісні  питання

1.Два тіла однакової маси з срібла і міді опустили в окріп. Чи однакову кількість теплоти отримали тіла?

2.Двум тілам з міді і свинцю, що має однакову температуру, передали однакову кількість теплоти. Яке тіло гарячіше, якщо маси тіл однакові?

3.Сталеву і мідну деталі нагрівали до однакової температури, і для загартування опустили у воду. Чи однакову кількість теплоти віддали заготівлі, якщо маси деталей рівні?

Прислів'я і приказки

1.На якій коморі сніг, з того купуй хліб

Чому над прілим хлібом сніг швидше сходить?

5. Енергія палива

Історична довідка

Отримання і освоєння вогню - помітна сторінка в історії цивілізації. Археологи встановили, що залишкам перших вогнищ близько 400 тис. років. Тоді вогонь отримували випадково(від блискавки), підтримували і берегли. Пізніше(близько 300 тис. років назад) безвісні генії навчилися добувати вогонь тертям, а ще пізніше винайшли кресало, яким і користувалися до XIX ст. Сірника з'явилися в 1855 г

Сьогодні внутрішня енергія палива використовується так широко і різноманітно, що відчувається гостра нестача вугілля, нафти, газу. Надзвичайно важливим стає раціональне, економне використання палива. За найоптимістичнішими прогнозами розвіданих запасів досить лише на 500 років. Винахід пороху і вогнепальної зброї - великі відкриття в історії техніки. Історики стверджують, що димний порох - суміш 75 % селітр, 10 % сірки і 15 % вугілля - уперше був отриманий в Китаї задовго до того, як став відомий в Європі. Така суміш здатна швидко і стійко горіти при дуже високому тиску, утворюючи велику кількість газів. Китайці використали її для запуску ракет під час святкових фейєрверків.

У XII ст. порох упізнали араби. Вони винайшли легку вогнепальну зброю - залізні трубки, що заряджалися порохом. У Європі вогнепальна зброя з'явилася в XIV ст. Це були товсті, гладкі усередині залізні труби, закріплені на дерев'яних верстатах - лафетах, - і що стріляли ядрами.

Після того, як в ХУ-ХУ1 вв. винайшли зернистий порох, а стволи знарядь почали відливати з бронзи і чавуну, артилерія перетворилася на досить рухливе, потужна і грізна зброя, придатна для польових битв і для облоги фортець.

Якісні  питання

1.Яка речовина при спалюванні виділяє найбільше енергії?

2.Яку речовину вигідніше використати в поході в зимовий період для розігрівання їжі : порох або спирт?

3.Що показує питома теплота згорання палива?

4.Питома теплота згорання водню 120 Мдж/кг Що означає це число?

Прислів'я і приказки

1.Горіли дрова жарко - було в лазні парке, дрів не стало - і все пропало.

Який фізичний сенс того, що стався?

Загадки

1.Дерево даєш - з'їдає

Від води - помирає.(Вогонь.)

Які види палива, окрім дерева, ви знаєте?

2.Що за диво: синій будинок.

Вікна світлі кругом.

Носить взуття з гуми

І живиться бензином? (Автобус.)

6. Стан речовини. Теплові процеси

Цікавий факт

Гелій - газ, який зріджується при 4 До, т. е. при температурі, близькій до абсолютного нуля. Рідкий гелій чудовий тим, що, як би не знижували температуру при нормальному тиску, він не переходить в твердий стан. Ця єдина речовина з такою особливістю. Іншу чудову властивість рідкого гелію в 1932 г відкрив нідерландський фізик Біллем Хендрик Кеезом. При пониженні температури рідкого гелію після точки кипіння(до " 2,2 К) кипіння рідини несподівано припинялося, її поверхня ставала абсолютно гладкою, і подальший випар йшов без ознак кипіння. Кеезом назвав це явище надтеплопровідністю.

Радянський учений П. Л. Капица також зацікавився дивовижними властивостями рідкого гелію. Експериментуючи, він виявив надплинні властивості рідкого гелію. Петро Леонідович про своє відкриття говорив так: "Мені в житті вперше вдалося знайти таку фундаментальну властивість речовини. Я багато робив експериментів в різних областях, і це вже питання везіння або невдачі. Коли такий випадок підвернувся, не можна було його упускати. Таких цікавих явищ в природі ще немало. Чим явище незрозуміле, чим більше воно суперечить сучасним поглядам, тим воно значніше. Розплутувати ці явища і повинна передова наука". У 1978 г П. Л. Капице була присуджена Нобелівська премія.

Якісні  питання

1.Чи можуть бути в рідкому стані кисень і водень?

2.Чи можуть бути в газоподібному стані залізо і золото?

3.Шматок свинцю нагрівали, і він перейшов в рідкий стан. Як при цьому змінилися швидкість руху молекул, їх розташування, внутрішня енергія речовини?

4.Воду випарували. Як при цьому змінилися швидкість руху молекул, відстань між ними, внутрішня енергія води?

Загадки

1.Над водою - вушко.

Під водою - черевце. (Айсберг.)

Про які стани води йде мова в загадці?

2.Через ніс проходить в груди

І зворотний тримає шлях.

Він невидимий, та все ж

Без нього ми жити не можемо. (Повітря.)

Чи може повітря бути в твердому і рідкому станах?

3.Добувають на дні морському з водоростей, добре лікує ранки, а діти його бояться. (Йод)

У якому стані може знаходитися йод: в твердому, рідкому або газоподібному?

4.Під гострим гребенем з металу

Сосна і липа застогнали. (Пила.)

Чому при розпилюванні деревини пила нагрівається? Чи може залізо бути в газоподібному стані?

7. Плавлення і твердіння

Історична довідка

Близько 3 тис. років до н. э. у Шумерові металеві вироби почали відливати у форми. Литі мідні вироби мали чималий попит. Коли запаси самородного металу були вичерпані, мідь стали добувати з надр Землі. Деякі місця її здобичі  із залишками ялиць, їх устаткування і знарядь праці древніх шахтарів - знайдені археологами на території Іспанії, Португалії, Англії і інших країн. Руду добыв-вали головним чином в горах, пробиваючи тунелі і будуючи копальні. В середні віки галузь промисловості, що виникла на цій основі, так і назвали - гірничодобувна, а робітників і майстрів - гірниками.

Древні металурги розбивали здобуту породу на невеликі шматки, які розтирали на дошці ручними знаряддями. Дрібнозернисту масу, що утворилася, промивали водою в дерев'яних коритах. При похитуванні корит легені домішки спливали, а важкі частки мідної руди осідали на дні.

Спочатку мідну руду плавили в спеціальних ямах, а пізніше - в невеликих кам'яних печах, що обмазали зсередини глиною. У них розводили вогонь, а згори шарами клали деревне вугілля і мідний концентрат, отриманий після промивання. Виплавлена мідь стікала на дно печі. Рідкий шлак зливали через отвір в стінці. Після закінчення плавки схожий на перепічку зливок захололої міді виймали з печі.

Цікаві факти

У деяких річках при швидкій течії за рахунок інтенсивності перемішування води відбувається переохолодження окремих ділянок дна. При цьому переохолоджена ділянка покривається льодом усередині-водного і частково поверхневого походження. Іноді донний лід займає значну частину перерізу річки. Тоді річка може вийти з берегів і стає можливою повінь.

Арктика і Антарктика - це не лише своєрідні фабрики льоду, але і кухні погода, яка впливає на погоду усієї земної кулі. Коли приходять тривалі антициклони з незначною хмарністю або, що ще гірше, з повною її відсутністю, в зимові  полярні ночі тут створюються найбільш сприятливі умови для вихолодження грунту і приземного повітря. Найнижча температура повітря у земної поверхні(- 88,3 °С) спостерігалася в августе 1960 г на радянській антарктичній станції "Схід", яка знаходиться на висоті 3 488 м.  Висота місця спостереження над рівнем моря не є вирішальною умовою сильного вихолодження приземного повітря. Тому на ряду високогірних станцій в низьких широтах мінімальні температури можуть бути значно вищі за мінімальні температури для станцій рівнинних, але високоширотних. Так, на льодовику Северцова в Кашкадар'їнській області(висота 2 780 м) температу¬ра повітря не опускається нижче - 26 °З, а на станції Казбеги на Кав¬казе(висота 3 659 м) абсолютний мінімум температури составляет лише - 35 °С.

Якісні  питання

1.Температура газового пальника 500 °С. Посудом, з яких матеріалів можна користуватися?

2.Який метал розплавиться в долоні?

3.Ви - головний конструктор апарату для польоту до Сонця. Температура фотосфери Сонця 6 ТОВ °С. З яких матеріалів можна зробити апарат?

4.Чи можна в Якутії користуватися взимку ртутним термометром?

5.Чому лід не відразу тане в кімнаті, якщо його занесли з морозу?

6.Чому не рекомендується зимою використати для охолодження двигунів автомобіля воду?

7. Які матеріали можна розплавити в алюмінієвому посуді?

8.Які метали плавляться при 30 °З?

9.Температура газів, що виходять з сопла реактивного двигуна, близько 700 °С. З яких матеріалів можна виготовляти сопла?

10.При запуску космічних апаратів їх поверхня нагрівається до 2 ТОВ °С. З яких матеріалів можна виготовляти обшивку ракет?

Прислів'я і приказки

1.Без морозу на землі не покриється льодом озеро.

А за яких умов утворюється на поверхні озера лід?

Загадки

1.Виріс ліс, білий увесь.

Пішки до нього не увійти.

На коні не в'їхати. (Морозний візерунок на вікні.)

Як утворюються морозні візерунки на вікні? З якого боку вони утворюються - з внутрішньою або зовнішньою?

2.У хати побував -

Усе вікно розмалював

Біля річки погостював -

У усю річку міст мостив. (Мороз)

Як змінюється енергія льоду на річці в мороз і при пониженні температури на 10 °З?

3.На дворі - камінь

У будинку - вода. (Лід.)

За яких умов лід у будинку танутиме?

4.Зимове скло

Весною потекло. (Лід.)

5.На дворі - горою

А в хаті - водою. (Сніг.)

6.На дворі переполох:

З неба сиплеться горох.

З'їла шість горошин Ніна

У неї тепер ангіна. (Град.)

7.Моститься міст без дощок, без сокири, без клину.

(Лід па річці.)

При замерзанні річки на поверхні утворюється лід. Як це узгоджується з тим, що в рідинах холодні струмені опускаються вниз, а теплі піднімаються вгору?

8. Випар. Кипіння. Конденсація

Цікаві факти

Більшість людей переконана, що водяна пара білого кольору, і дуже дивуються, чуючи, що це невірно. Насправді водяна пара абсолютно прозора, невидима і, отже, не має кольору зовсім. Тот білий туман, який у буденному житті називають парою, є не парою у фізичному значенні слова, а воду, розпорошену в дрібні крапельки. Хмари також складаються не з водяної пари, а з найдрібніших водяних крапельок.

У Криму, поблизу Феодосії, до 1912 г діяла нескладна установка для отримання вологи з повітря. Вона складалася з декількох куп каменів(об'єм кожної з них складав близько 290 м3), розташованих на водотривкій скельній основі. Що виникала в кам'яних купах за рахунок капілярної конденсації вода відводилася по гончарних трубах у Феодосію, де живила невеликі фонтани. Установка давала до 350 л питної води в добу. Залишки пристроїв і пристосувань для отримання вологи з повітря знайдені також в Сахарі, в гірських районах Італії, в Тувинській Республіці, в Каракумах і на Східному узбережжі Каспію.

Якісні  питання

1.При виході з річки ми відчуваємо холод. Чому?

2.Чому скошена трава швидше висихає у вітряну погоду, чим в тиху?

3.У тарілку і склянку налили воду однакової маси. З якої посудини вона випарується швидше?

4.Навіщо посудини з рідинами закривають кришками?

5.Чому каністру з бензином не можна залишати відкритій?

6.Коли білизна, вивішена в кімнаті, висохне швидше: при відкритій або закритій кватирці?

7.У холодильних камерах для охолодження використовують рідини, що швидко випаровуються, - фреон, аміак. Чому не використовують воду?

8.Як ви смажитимете картоплю: накриваючи, сковорідку кришкою або пет? А якщо хочете отримати хрустку картоплю?

9.Які щі швидше охолонуть - пісні або жирні?

10.Чому температура захололої води в склянці завжди нижча кімнатної температури?

Прислів'я і приказки

1.Бережи ніс у великий мороз. А чому у великий мороз можна відморозити ніс? 2.Дощик вимочить, а червоне сонечко висушить.

Про які фазові переходи йде мова в цьому прислів'ї?

Загадки

1.Донизу летить крапельками

А догори - невидимкою. (Вода.)

Які процеси описані в загадці?

Цікаві факти

У зайця великі вуха, але зовсім не для того, щоб слухати, а для того, щоб ними... потіти. Сидить в літню спеку заєць під кущем, і йому зовсім пити не хочеться. Липшее тепло випаровується через тонкі гарячі заячі вуха з великою кількістю кровоносних судин. Кожен квадратний сантиметр вуха випромінює до 10 калорій тепла в годину. У жару заячі вуха відводять третину тепла, що утворюється при обміні речовин. У пустелях температура земної поверхні може підвищуватися до 70-80 °З днем і падати до 4 °З до кінця ночі. У цих умовах більшість ящірок шукають притулок, рятуючись від обох крайнощів в норах або під каменями. Ця поведінка і певні физиоло-гические реакції яскраво виражені у ящірок, що мешкають в пустелях південного сходу США і Мексики. Окрім того що ця ящірка може зариватися в землю, вона здатна міняти положення тіла і його забарвлення, а коли температура стає високою, може також зменшити поверхня тіла, втягуючи ребра. До числа реакцій ящірок на високу температуру відносяться теплова отдьшка, а також витріщення очей.

9. Робота газу при розширенні. Двигун внутрішнього згорання

Історична довідка

Одним з перших скористатися рушійною силою пари спробував французький фізик Дени Папен. Він прийшов до ідеї пароатмосферного двигуна, що є циліндром з поршнем, який міг підніматися під тиском пара і опускатися при його конденсації. Проте учений так і не зміг створити роботоздатний пристрій.

У 1696 р. англійський інженер Томас Северин винайшов паровий насос для підйому води. У 1707 р. насос Северин був встановлений в Літньому саду в Петербурзі. Англійський механік Томас Ньюкомен створив в 1705 р. парову машину для відкачування води з шахт.

У 1765 р. Джеймс Уатт сконструював принципово новий паровий двигун. Його машина могла не лише відкачувати воду, але і приводити в рух верстати, кораблі і екіпажі. у 1769-1770 рр. французький винахідник Нікола Жозеф Кюньо сконструював паровий віз - попередницю автомобіля. Вона досі зберігається в Музеї мистецтв і ремесел в Парижі. Американець Роберт Фултон провів в 1807 р. побудований ним колісний пароплав "Клермонт" по річці Гудзон.

25 липня 1814 р. локомотив англійського винахідника Джорджа Стефенсона протягнув по вузькоколійці 30 тонни вантажу в 8 вагонах із швидкістю 6,4 км/год. У 1839 г Джеймс Несмит створив потужний паровий молот, що вчинив справжній переворот в металургійному про-изводстве. Інтенсивний розвиток промисловості в Англії і Франції у кінці XVIII - початку XIX вв., грунтоване на широкому застосуванні парових машин, відбувалося в умовах, коли теорія теплових явищ тільки починала створюватися. На рубежі віків знову загострилися дискусії про природу тепла, що привело до ряду важливих експериментальних досліджень.

Проте, в першій чверті XIX ст. наука про теплові явища і теплотехніка розвивалися фактично незалежно. Першим дослідником, що спробував зруйнувати цей бар'єр, був французький інженер Сади Карно.

Нікола Леонар Саджай Карно народився 1 червня 1796 р. в Парижі. Він був старшим сином видатного воєначальника, політичного діяча і вченого Л. Карно, що був у той час членом Директорії. Сади отримав прекрасне домашнє виховання і освіту і деякий час вчився в ліцеї Карла Великого. Під час навчання в Політехнічній школі Карно міг слухати лекції Пуассона, Гей- Люссака, Ампера, Араго. Він закінчив школу і в числі кращих був спрямований в інженерну школу в Метце.

Спілкування з Клеманом, а також відвідування заводів і фабрик пробудили у Карно інтерес до проблеми вдосконалення парових машин.

У 1812 м. Сади відвідав в Магдебурге батька, висланого з Франції. Обговорення з ним науково-технічних проблем послужило поштовхом до дослідження ефективності теплових машин, що завершилося виданням в 1824 г твору "Роздум про рушійну силу вогню". У своїй роботі Карно ввів в науковий ужиток безліч понять, що збереглися в термодинаміці до наших днів, зокрема поняття ідеальної теплової машини, ідеального циклу, оборотності процесу як умови його граничної ефективності.

Цікаві факти

Самою войовничою рослиною є скажений огірок. У дикому вигляді цей артилерист часто зустрічається в Криму. Від звичайного цей огірок можна відрізнити по щетинах, що покривають його поверхню. І листя, і плід, і квітки як у звичайного огірка. У сказ він приходить, коли повністю дозріває. Відбувається це раптово і може серйозно налякати людину або тварину. Огірок з тріском відривається від своєї ніжки, підстрибує, крутиться дзигою. А з отвору, де тільки що була ніжка плоду, б'є на 6-8 м струмінь липкого соку, змішаного з насінням. Виявляється, поки плід зріє, усередині нього накопичуються гази. До моменту дозрівання їх тиск в огірку досягає 3 атм!

Якісні питання

1.Які пристрої називаються тепловими двигунами?

2.З яких основних частин складається карбюраторний ДВС? Яку відмінність від карбюраторного двигуна мають двигуни Дизеля

3.Який принцип роботи карбюраторного ДВС?

4.Чи можна вогнепальну зброю віднести до теплових двигунів?

5.Чи можна людський організм віднести до теплового двигуна?

6.Чому дві не використовують в підводних човнах при підводному плаванні?

7.Чому при згоранні палива тиск в циліндрі двигуна сильно збільшується?

8.Чи змінюється температура пари в турбіні?

Загадки

1.Вогнем дихає.

Полымем пашить. (Рушниця)

Чи можна рушницю назвати тепловим двигуном?

2.З одного кінця хитро, з іншого мудровано за те, а в середині розум за розум заходить. (Парова машина)

Який принцип дії парової машини?

10. ККД теплового двигуна

Історична довідка

Родоначальник сучасної залізниці - видатний англійський винахідник Джордж Стефенсон. У вересні 1825 р. кращий з серії сконструйованих ним паровозів, вчинив першу поїздку по лінії протяжністю 21 км зі швидкістю близько 12 км/год. Через декілька років був створений знаменитий локомотив "Ракета".

У Росії першу залізницю з паровою тягою побудував талановитий уральський майстер Мирон Юхимович Черепанов, якому допомагав його батько Юхим Олексійович. Паровоз Черепановых почав ходити в серпні 1834 р. в Нижньому Тагілі на  заводі Демидовых. По залізниці завдовжки 854 м перевозили вантажі масою до 3,3 тонни із швидкістю 13-16 км/год.

У 1836-1838 гг була побудована Царськосельська залізниця загального користування(27 км), що з'єднала Петербург з Царським Селом і Павлівському. Найважливіше будівництво того часу - двоколійна залізниця Петербург - Москва(649,7 км). Перші потяги пішли по ній в 1851 р. Великий вклад в спорудження дороги внесли видатні російські інженери і учені П. П. Мельников, Н. О. Крафт, Н. И. Липин, Д. И. Журавский.

Найпершим типом тягової машини для пересування потягів -локомотива був паровоз. Паровози відрізнялися простотою конструкції, здатністю працювати на будь-якому паливі і легкістю управління. Найсерйознішим недоліком паровозів був низкий ККД, 7-9 %.

Так, в 1912 р. за проектом інженерів В. И. Лопушинского і М. Е. Правосудовича в Росії почали випускати потужні вантажні локомотиви серії Э. Машиністи любили їх за надійність, простоту управління і обслуговування. Маса паровоза в робочому стані складала 79 т. Локомотив розвивав швидкість до 65 км/год, мав ККД 8 %.

Застосування теплових машин і проблеми охорони довкілля

При спалюванні палива в теплових машинах потрібно велику кількість кисню. На згорання різноманітного палива витрачається від 10 до 25 % кисню, вироблюваного зеленими рослинами.

Теплові машини не лише спалюють кисень, але і викидають в атмосферу еквівалентні кількості діоксиду вуглецю(вуглекислого газу). Згорання палива в топках промислових підприємств і теплових електростанцій майже ніколи не буває повним, тому відбувається забруднення повітря золою, пластівцями сажі. Зараз у всьому світі звичайні енергетичні установки викидають в атмосферу щорічно 200-250 млн тонни золи і близько 60 млн тонни діоксиду сірки.

Окрім промисловості повітря забруднює і транспорт, передусім автомобільний(жителі великих міст задихаються від вихлопних газів автомобільних двигунів).

Якісні  питання

1.Один з учнів при рішенні отримав відповідь, що ККД теплового двигуна рівний     200 %. чи Правильно вирішив учень завдання?

2.ККД теплового двигуна 45 %. Що означає це число?

3.Чи може ККД теплового двигуна бути рівний: 1,8; 50; 4; 90; 100 %?

Література

1.Енохович А. С. Довідник по фізиці. - М.: Просвіта, 1990.

2.Кочнев С. А. 300 питань і відповідей про Землю і Всесвіт. - Ярославль: Академія розвитку, 1997.

3.Перельман Я. И. Цікава фізика. - М.: Наука, 1979.

4.Збірка загадок : Посібник для учителя. - М.: Просвіта, 1988.