Принцип дії теплових двигунів

___________

План-конспект

уроку фізики  у 8 класі

Тема уроку:  Принцип дії теплових двигунів

Мета уроку: навчальна – розглянути застосування закону збереження й перетворення енергії в               теплових двигунах; пояснити учням будову і принцип роботи парової турбіни.

  розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною літературою               та виявлення творчих здібностей при розв’язуванні вправ;

 виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і розв’язуванні  завдань та навчити дітей  «бачити» фізику навколо себе.

Тип уроку: комбінований

План уроку

1. Знайомимо із принципом дії теплових двигунів.
2. Парова турбіна
3. Контрольні питання.
4. Навчаємося розв’язувати задачі.
5. Поміркуй і відповідай

І. Організаційна частина (привітання, перевірка д/з)

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності учнів

Оголошення теми і мети уроку

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Знайомимо із принципом дії теплових двигунів

Внутрішньою енергією володіють всі тіла — земля, цеглини, хмари й так далі. Однак найчастіше вилучити її важко, а часом й неможливо. Найбільш легко на потреби людини може бути використана внутрішня енергія лише деяких, образно кажучи, «горючих» й «гарячих» тіл. До них належать: нафта, вугілля, теплі джерела поблизу вулканів і так далі.

Розвиток техніки залежить від уміння використовувати величезні запаси внутрішньої енергії, що міститься в паливі. Використати внутрішню енергію — значить виконати за рахунок її корисну роботу, тобто внутрішню енергію необхідно перетворити в механічну.

З тих пір як людство пізнало природу теплової енергії, учені почали пошук способу перетворення теплової енергії в механічну.

Над винаходом теплових машин в XVII–XVIII століттях працювали англійці Томас Севері, Джеймс Уатт, Томас Ньюкомен, француз Дені Папен, росіянин Іван Ползунов і багато інших учених.

Принцип роботи всіх теплових двигунів дуже простий: всі вони перетворюють внутрішню енергію палива в механічну енергію.

Але як перетворити внутрішню енергію в механічну?

Зміцнимо невелику колбу з вигнутою трубкою над спиртівкою, а пару, що виходить із трубки, спрямуємо на колесо з лопатями. Ударяючи в лопаті колеса, струмінь пари приводить колесо в рух.

При цьому внутрішня енергія палива частково перетворюється в механічну енергію колеса. У нашому досліді ми побудували найпростішу модель теплового двигуна.

• Тепловими двигунами називають машини, у яких внутрішня енергія палива частково перетворюється в механічну енергію.

Розширення робочого тіла — найважливіший процес у роботі будь-якого теплового двигуна. За допомогою демонстрацій потрібно показати учням, що газ, який має надлишковий тиск порівняно з навколишнім середовищем, може виконати роботу розширення за рахунок зміни своєї внутрішньої енергії.

Звичайно в тепловому двигуні роботу виконує сила тиску нагрітого газу (пари) при розширенні. Цей газ (або пару) називають робочим тілом теплового двигуна. Нагрівають пару за рахунок згоряння палива. Таким чином, у тепловому двигуні відбуваються такі перетворення енергії:

1) при згорянні палива його внутрішня енергія перетворюється у внутрішню енергію нагрітої пари;

2) розширюючись, пара виконує роботу, при цьому внутрішня енергія пари частково переходить у механічну енергію.

2. Парова турбіна

Для перетворення теплової енергії в механічну на теплових й атомних електростанціях використовують парові турбіни.

В основу дії турбіни покладене обертання колеса з лопатями під тиском водяної пари або газу.

Парова турбіна — тепловий двигун, у якому внутрішня енергія водяної пари перетворюється в механічну енергію. Для одержання водяної пари служать спеціальні парові казани, у яких за рахунок спалювання палива одержують водяну пару за підтримання дуже великого тиску (до 3·10⁷ Па ) і дуже високої температури (до 600 °C ).

Вище на рисунку був показаний принцип роботи парової турбіни. Струмені пари, що вириваються із сопел, чинять значний тиск на лопаті й приводять диск турбіни у швидкий обертовий рух.

У сучасних турбінах застосовують не один, а кілька дисків, насаджених на загальний вал. Пара послідовно проходить через лопаті всіх дисків, віддаючи кожній з них частину своєї енергії.

Поступово дедалі ширшого застосування здобувають газові турбіни, у яких замість пари використовуються продукти згоряння газу.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1. Наведіть приклади перетворення внутрішньої енергії пари в механічну енергію.
2. Які двигуни називають тепловими?
3. Які види теплових двигунів вам відомі?
4. Що покладено в основу дії парової турбіни?
5. Які перетворення енергії відбуваються в паровій турбіні?
6. Назвіть основні елементи парової турбіни.

ІV. Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1. Користуючись рисунком, розкажіть, з яких частин складається парова турбіна і як вона працює.

2. Чи змінюється тиск пари в соплах парової турбіни? Чи змінюється при цьому швидкість молекул пари?

Розв’язок. Тиск пари стає менше. Швидкість молекул збільшується. Як відомо, внутрішня енергія складається із суми потенціальної й кінетичної енергій молекул. При зниженні тиску потенціальна енергія молекул зменшується, вона перетворюється в кінетичну.

2. Поміркуй і відповідай

1. Чи відрізняється температура пари, що виходить із циліндра парової машини, від температури пари, що надходить у цей циліндр?

2. Яка форма механічної енергії пари — потенціальна чи кінетична — використовується в парових турбінах?

3. Чи належить вогнепальна зброя до теплових двигунів? Обґрунтуйте свою відповідь.

V. Домашнє завдання:

Опрацювати теоретичний матеріал за конспектом та виконати вправи у зошиті