Цветовая схема: Размер шрифта: А А А

Тепловые двигатели

Методическая копилка - Физика

Городской семинар учителей физики

Физика 10.

Тепловые двигатели.

Цель урока: сформировать у учащихся понятия о общих принципах работы тепловых
двигателей, их значении в жизни и деятельности человека, влияние двигателей на
окружающую среду;
развитие умений работы с дополнительной литературой и навыков
самостоятельной работы.

  1. I. Повторение.

Фронтальный опрос:

  1. Сформулируйте и запишите I закон термодинамики в двух формах.
  2. Каков физический смысл этого закона?
  3. Сформулируйте и запишите II закон термодинамики.
  4. Каков его физический смысл?
  5. Какую форму имеет I закон термодинамики для адиабатного процесса?
  6. Какую форму имеет I закон термодинамики для изотермического процесса?
  7. Чем отличается изохорный процесс и его запись для I закона термодинамики?

На доске остаются записи:

II. Изучение нового материала:

Совершение разом работы позволяет использовать его с практической пользой для человека. Для этого используется внутренняя энергия, запасы которой очень велики. Устройства, которые используют эту энергию, сложны, но сконструированы и работают на основе физических законов, что является самым главным доказательством справедливости этих законов – I и II законов термодинамики.

Опр.: Устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую работу, называются тепловыми двигателями.

Доклад на повторение материала 8 класса: «Виды тепловых двигателей и их применение».

На основе доклада: Виды тепловых двигателей

  1. Непрерывного и циклического действия
  2. Поршневые и безпоршневые.
  3. Внешнего и внутреннего сгорания.
  4. К тепловым двигателям относят: паровую технику, ДВС (2х- и 4х- тактные), паровую и газовую турбину, реактивный двигатель…

Опр.: Физическая величина, показывающая, какую часть полезная работа, совершенная Т.Д., составляет от энергии, полученной им для совершения этой работы, называется коэффициентом полезного действия Т.Д.

Обозначается: η (эта) или 100%

Разберём работу Т.Д. на примере поршневого двигателя циклического действия.

В цилиндре, закрытом поршнем, находится газ – рабочее тело. Что с ним надо сделать, какой процесс провести, чтобы газ совершил работу, т.е. расширился?

1. Не изохорный, т.к.

2. Адиабатный:
Q=0, , или , если, то , т.е. бесконечно этот процесс идти не будет, т.к. внутренняя энергия газа не бесконечна, необходим источник тепла (не возможен вечный двигатель)
Опр.: Тело, от которого газ получает энергию, наз. нагревателем. Нагреватель имеет температуру T1 и передает за цикл газу количество теплоты Q1.

3. Изотермический: T=const, , – все полученное тепло газ обращает в работу: . Идеально, но невозможно осуществить практически, т.к. поршень надо возвратить и T=const при медленном движении поршня.
Если газ сжимать, возвращая поршень, то надо его охладить, чтобы легче было сжимать, т.к. нагреватель имеет более высокую температуру, то по II закону термодинамики газ может охладиться, отдав только какому-то еще телу.

В общем случае:

При расширении:

При сжатии:  , , , но , тогда или , тогда или 10%, т.к. |Q2|>0, т.е. как необратимости процессов Т.Д. не может перевести всю полученную энергию в механическую работу, всегда часть энергии теряется.

Теорией Т.Д. занимались и занимаются многие ученые физики и инженеры. Один из первых был французский инженер Карно Сади Николя. Его двигатель, работающий на идеальном газе, совершает цикл из 2х адиабатных и 2х изохорных изотермических процессов и имеет максимальный КПД.

. т.к T2≠0 и T1плавления вещ. цилиндра ,но , т.к. в реальных двигателях энергия всегда теряется на преодоление силы трения и несовершенства топлива.

Доклад: Сади Карно

III. Закрепление.

1) №1. Т.Д. за цикл при КПД 20% теряет 2,4 кДж тепла. Сколько он получает тепла за цикл?

 

2) №2 Идеальный Т.Д. имеет КПД 50% и температуру нагревателя 307ºC. Найти температуру холодильника.

3) Самостоятельная работа по карточкам.

4) Доклад: «Воздействие тепловых двигателей на окружающую среду».
Обсуждение доклада.
Вывод: без Т.Д. человек пока обойтись не может, поэтому Т.Д. надо усовершенствовать с целью повышения КПД и уменьшения вредных выбросов.

IV. Домашнее задание: п.76,77,упр.№16(5)

 

Полный текст можно посмотреть здесь