Розробка уроку фізики 8 класу на тему "Перетворення енергії в механічних і теплових процесах. Принцип дії теплових машин. Теплові двигуни. Двигуни внутрішнього згорання"

Перетворення енергії в механічних і теплових процесах. Принцип дії теплових машин. Теплові двигуни. Двигуни внутрішнього згорання.

 Мета:

• Ознайомити учнів з процесами перетворення енергії в механічних і теплових процесах, принципом дії теплових машин. Розповісти про види та будову теплових двигунів.
• Вчити встановлювати причинно-наслідкові зв’язки. Розуміти світову єдність людини-як частини природи , космосу, матеріальної особи,обмеженої в певних рамках своїми можливостями у пізнанні світу.
• Виховувати вміння працювати в колективі, охайність, працьовитість, культуру спілкування

Обладнання : модель парової турбіни, модель двигуна внутрішнього згорання.

Підручник: Фізика 8 клас, В.Г. Бар’яхтар, С.О. Довга

Тип уроку: комбінований урок

1. Організаційний момент

Привітання з класом. Перевірка  відсутніх. Перевірка домашнього завдання.

2. Актуалізація знань.

 Ще здавна люди мріяли якось спростити собі працю, задумувались над винайденням машин,які б взяли частину людської роботи на себе.

З дослідження процесу пароутворення, вчені задумались над можливістю використання пари, для виконання нею роботи.

Лише в середині XVIII століття здійснилась давня мрія людини про використання енергії пари для виконання роботи. Як виконується робота в паровій машині? Як побудована теплова машина про це ми дізнаємось на сьогоднішньому уроці.

3. Вивчення нового матеріалу

 Першим хто запропонував парову машину, яка працювала й перетворювала енергію пари в кінетичну енергію був Джеймс Ватт у 1768 році. Згодом парова машина Ватта набула широкого використання. Що ж представляє собою парова машина?

• Тепловий двигун - машина яка призначена для перетворення теплової енергії в механічну.

Принцип роботи теплового двигуна простий, спалюється паливо, енергія від згорання палива йде на нагрівання води до утворення пари, пара яка утворюється перетворюється паровою машиною на кінетичну енергію

Паровий двигун - це парова машина, яка  працює циклічно, перетворюючи енергію палива на механічну.

Яку будову має паровий двигун?

Паровий двигун складається з:

• нагрівника( прилад,який розігріває робоче тіло)
• Робочого тіла (пристрій, який перетворює енергію палива в механічну,зазвичай це пар)
• Холодильник

Робота  тепловим двигуном виконується за рахунок переходу тепла від нагрівника до холодильника й рівна різниці кількості тепла нагрівника та холодильника

Як ви думаєте чи вся енергія яка виділяється при спалюванні палива йде на виконання роботи?

Ні, тому для визначення ефективності теплової машини ввели поняття коефіцієнта корисної дії теплового двигуна

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна – фізична величина, що характеризує ефективність теплового двигуна і рівна відношенню виконаної роботи двигуном до наданої йому теплової енергії

Або

– теплота нагрівника

- температура холодильник

- температура нагрівника

- температура холодильник

Одним з видів двигунів є парова турбіна.

Парова турбіна - один із прикладів парових двигунів, які перетворюють енергію пари в кінетичну.

Будова парової  турбіни

Відкрийте сторінку 214, рисунок 43.2, розглянемо будову парової турбіни

Парова турбіна складається з сопла, крізь яке подається пар, диска,який закріплений на валу,який може обертатися, на дискові закріплені лопатки.

Принцип роботи:

Пар, який утворився в наслідок нагрівання рідини, під високим тиском подається крізь сопло до парової турбіни, попадаючи на лопатки, пар розширюючись тисне на лопатки, які закріплені в на диску, цей диск починає внаслідок цього обертатись,обертаючи при цьому вал, до якого прикріплений цей диск. Пара яка подається в турбіну має температуру 600

Отже робочим тілом парової турбіни є пара.

Застосування парової турбіни

Парові турбіни використовуються на електростанціях, на транспортних засобах турбіни в основному не використовуються, бо мають великі розміри.

Одним  з найпоширеніших двигунів на транспортних засобах є двигун внутрішнього згорання

Будова двигуна внутрішнього згорання.

Двигун внутрішнього згорання складається з :

1.Циліндра

2.Поршня

3.Шатуна

4.Колінчатого вала

5.Впускного клапана

6.Випускного клапана

7.Системи керування клапанами

8.Свічки

Розглянемо роботу двигуна внутрішнього згорання

Відкрийте сторінку 85, рисунок 17.6, слідкуйте за малюнками та за моделлю двигуна внутрішнього згорання, за допомогою неї ми відтворимо процес роботи двигуна.

Весь робочий цикл двигуна складається з 4 тактів, через що він називається 4 тактним.

1 такт - Втягування, поршень рухається вниз в циліндрі виникає розрідження,  впускний клапан відкритий в циліндр затягується пальна суміш

2 такт - Стиснення, поршень рухається вгору, паливна суміш стискається, поршень доходить до крайнього положення(верхня мертва точка), проскакує іскра в електросвічці, пальна суміш вибухає

3 такт - Робочий хід, внаслідок того що пальна суміш вибухнула, утворились розжарені гази,які тиснуть на поршень, штовхаючи його вниз,  поршень до ходить до крайнього нижнього положення (нижня мертва точка)

4 такт - Випускання - поршень в нижній мертвій точці, відкривається випускний клапан, поршень починає рух угору, виштовхуючи відпрацьовані гази у вихлопну трубу.

Як в будь-якому тепловому двигуні, в двигуні внутрішнього згорання є робоче тіло(розжарений газ), нагрівник(повітряна суміш що згорає), холодильник (навколишнє середовище куди викидаються відпрацьовані гази)

4. Розв’язування задач

Під час згорання палива в тепловому двигуні за 30хв виділилась енергія 10,8 МДж. Визначте потужність двигуна, якщо його  ККД 20%

Тепловий двигун потужністю 19 кВт за 3год роботи витратив 12кг палива. Визначте на якому паливі працював двигун,якщо його ККД 40%

5. Підсумки уроку

(Відповіді на питання)

• Що таке парова машина, розкажіть принцип її роботи?
• Що таке паровий двигун, які види парових двигунів ви знаєте?
• Розкажіть про будову та принцип роботи парової турбіни?
• Розкажіть про будову та принцип роботи двигуна внутрішнього згорання?

Задачі

Визначити ККД двигуна, у якого температура нагрівача 2000К, як температура холодильника 100 ⁰С?

6. Домашнє завдання § 16-17  , розв’язати задачу в зошиті

Двигун внутрішнього згорання за потужністю 36 кВт за 1 год роботи витратив 15 кг бензину,визначте ККД двигуна.