Принципиальная схема теплового двигателя
Нагреватель Т1
Холодильник Т2
Рабочее тело
проблема
использование ТД
невыгодно
ТЕМА УРОКА
«Коэффициент полезного действия
тепловых двигателей»
Задачи урока:
Задача № 1.
Что является нагревателем?
передаваемое нагревателем?
Задача № 1.
Определить КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 15 МДж потребовалось израсходовать 1,2 кг топлива с удельной теплотой сгорания 42 МДж.
Для решения данной задачи необходимо ответить на вопросы:
Что является полезной работой?
Что является нагревателем?
Какие тепловые процессы происходят в нагревателе?
передаваемое нагревателем?
Какой из трех формул КПД лучше воспользоваться в данной
Вопрос: что означает «КПД двигателя трактора равен 30%?»
КПД современных серийных ГТД
для различных классов мощности
ВОПРОСЫ
СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ КПД (разминка)
Подбери пословицу
|
То, что помогает повышению качества обучения |
То, что мешает повышению качества обучения |
Задание для самоподготовки : выучить теоретическую часть по конспекту в тетради, задачник А.П.Рымкевич № 679, задача № 2
«Тепловая машина за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж и отдает холодильнику 40 Дж. Чему равен КПД тепловой машины?»
Дополнительно: оценить КПД судового дизельного двигателя (см.ниже)
Простые механизмы. КПД простых механизмов
1. Рычаг находится в равновесии подОтветь на вопрос 7. Почему ручку двери располагают не к середине двери, а ближе к её краю? 6. Если на доске, перекинутой через бревно, качаются двое ребят различного веса, то следует ли им садиться на одинаковом расстоянии от опоры? 8. Для чего гайка-барашек имеет лопасти?
9. Почему для резки бумаги и ткани применяют ножницы с короткими ручками и длинными лезвиями, а для резки листового металла – с длинными ручками и короткими лезвиями? 10. В школьной мастерской мальчик, чтобы сильно зажать в тиски обрабатываемую деталь, берётся не за середину, а за край ручки? Почему?
Какую работу называют полезной, какую полной? Задание: Бочку массой 200 кг надо поднять на борт корабля на высоту 10 м. Вопросы: 1. Какую работу нужно совершить, чтобы выполнить задание? A = Fs = m g s = 200 кг 10 Н/кг 10 м = Дж Работу, которую необходимо совершить непосредственно для выполнения конкретного задания, называют ПОЛЕЗНОЙ. 2. Для чего грузчики используют наклонную плоскость? 3. В чём выигрывают грузчики, применяя наклонную плоскость, а в чём проигрывают? 4. Получают ли грузчики выигрыш в работе, применяя наклонную плоскость? 5. Учитывали ли мы при расчёте работы действие сил трения и сопротивления? 6. Необходимо ли на практике совершить дополнительную работу для преодоления сил трения и сопротивления? Какую работу необходимо совершить на практике? На практике совершённая с помощью механизма п пп полная работа А АА Аз всегда несколько больше полезной работы. Ап
Коэффициент полезного действия (КПД) Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма КПД = Ап Аз η= Ап Аз 100 % «эта» Коэффициент полезного действия не может быть больше 1 (или 100 %), т.к. на практике всегда действуют силы сопротивления.
Как увеличить КПД? РычагНаклонная плоскость Блок Учитывали ли мы при расчёте работы: Вес рычага? Вес крючков? Трение? Трение между телом и плоскостью? Вес блока? Вес верёвок? Трение? Для увеличения КПД необходимо уменьшить трение и использовать лёгкие, но прочные материалы
Реши задачу На коротком плече рычага подвешен груз массой 100 кг. Для его подъёма к длинному плечу приложили силу 250 Н. Груз подняли на 0,08 м, при этом точка приложения движущей силы опустилась на 0,4 м. Найти КПД рычага. m = 100 кг g = 9,8 Н/кг F = 250 Н h 1 = 0,08 м h 2 = 0,4 м η = ? F h1h1 h2h2 η = Ап Аз 100 % Aп = P h 1 Aз = F h 2 η = m g h 1 F h % [ η ] = [ кг Н м % P = m g Н кг м = % ] η = ,4 = 80 % Ответ: η = 80 %
Слайд 2
Девиз урока: «От чувств к пониманию»ЦЕЛЬ УРОКА: продолжение формирования понимания учащимися сущности метода научного познания окружающего мира.ЗАДАЧИ УРОКА: образовательные расширить представления учащихся о принципах работы тепловых двигателей; структурно-логическими схемами, таблицами.воспитательные содействовать формированию основных мировоззренческих идей (материалистичностимира, обусловленности развития науки потребностями производства);воспитание у учащихся чувства патриотизма, экологической культуры.задачи развития учить выделять главное в материале, логически излагать мысли, анализироватьиллюстративный материал;для развития познавательных интересов и способностей использовать историческиефакты.
Слайд 3
ТИП УРОКА: урок совершенствования и систематизации знаний, умений, навыков.ОСНАЩЕНИЕ УРОКА: слайды
Слайд 4
«Прадед» - Героновый шароколо 200 г. до н. э. Пароход 1878 г. Паровая турбина 1887 г. «Дед» - паровая машина Ивана Ползунова- Самолёт 1903 г. Первый ДВС 1878 г. «Отец» - паровая машина Джеймса Уатта 1784 г. Паровоз 1814 г. Дизель 1897 г.
Слайд 5
А) впуск Б) сжатие В) рабочий ход Г) выпуск
Слайд 6
2. Какие устройства называются тепловыми двигателями? Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями. 3.Можно ли огнестрельное оружие отнести к тепловым двигателям? Да. Энергия сгоревшего пороха переходит в механическую энергию снаряда. 4. Можно ли человеческий организм отнести к тепловым двигателям? Да 5. Почему ДВС не используются в подводных лодках при подводном плавании? Под водой для работы двигателя внутреннего сгорания необходим воздух, а его там нет, либо необходимо брать сжиженный воздух, но это нерентабельно и усложняет процесс. 6. Изменяется ли температура пара в турбине? Да, она уменьшается. 7. Все ли тепловые двигатели одинаково рентабельны? Нет, не все, есть более экономичные, например дизельный двигатель.
Слайд 7
Для характеристики эффективности тепловой машины по превращению внутренней энергии в механическую вводится коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины. Он обозначается буквойη
Слайд 8
Коэффициент (от лат. coefficientis)обычно постоянная или известная величина – множитель при переменной или известной величине.
Слайд 9
Коэффициент полезного действия теплового двигателя - отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты полученному от нагревания: КПД теплового двигателя всегда меньше единицы (меньше 100%).
Слайд 10
Максимальное значение КПД для идеальной тепловой машины впервые вычислил французский инженер и учёный Сади Карно.
Слайд 11
Слайд 12
Нагреватель Рабочее тело (газ) Холодильник Q1 (теплота) Q2 (теплота) A’=Q1-Q2 (работа)
Слайд 13
Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действиятеплового двигателя = (А / Q) 100%
Слайд 14
= А п/ Аз = Qп/ Qз = Nп/ Nз ВСЕГДА! 00% Почему? = (А / Q) 100%
Слайд 15
Слайд 16
При сжигании топлива в тепловых машинах требуется большое количество кислорода. На сгорание разнообразного топлива расходуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелёными растениями. Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу эквивалентные количества двуокиси углерода (углекислого газа). Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Сейчас во всём мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно 200 – 250 млн. т золы и около 60 млн. т диоксида серы. Кроме промышленности воздух загрязняет и транспорт, прежде всего автомобильный (жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей).
Слайд 17
Как вы думаете, на что тратится большая часть внутренней энергии тепловых двигателей???? Безопасны ли тепловые двигатели с точки зрения экологии?Вы правы и это хорошо видно из следующих данных:
Слайд 18
– 1 тонна бензина, сгорая, выделяет 500 – 800 килограммов вредных веществ; – в атмосферу ежегодно выбрасывается 5 миллиардов тонн СО2 ; – один реактивный лайнер за 5 ч полета потребляет 45 т кислорода – за последние 25 лет количество углекислого газа в атмосфере увеличилось на 345 млрд т. – в состав выхлопных газов входит 1200 компонентов, в том числе оксид углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов (наиболее вредный – оксид свинца), сажа и прочее.
Экологические проблемы
Слайд 19
1.Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли решил ученик задачу? Качественные задачи: 2. КПД теплового двигателя 45%. Что означает это число? 3. Может ли КПД теплового двигателя быть равен 1,8; 50; 4; 90; 100%?
Слайд 20
В организме человека насчитывается около 600 мышц. Если бы все мышцы человека напряглись, они вызвали бы усилие, равное приблизительно 25 т. считается, что при нормальных условиях работы человек может развивать мощность 70 – 80 Вт, однако возможна моментальная отдача энергии в таких видах спорта, как толкание ядра или прыжки в высоту. Наблюдения показали, что при прыжках в высоту с одновременным отталкиванием обеими ногами некоторые мужчины развивают в течение 0,1 с среднюю мощность около 3700 Вт, а женщины – 2600 Вт. КПД мышц человека равен 20%. Что это значит? Какую часть энергии мышцы тратят впустую?
Слайд 21
1.Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдаёт холодильнику энергию 800 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя? 2.Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдаёт холодильнику энергию 700 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя?
Слайд 22
Углекислый газ, выделяющейся при работе тепловых двигателей, поглощает инфракрасное излучение поверхности Земли, что приводит к повышению температуры атмосферы ежегодно на 0,05 градус Цельсия. Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Сейчас в атмосферу выбрасывается ежегодно около 5 млрд. тонн CO2. Проблемы охраны окружающей среды
Слайд 23
При работе тепловых двигателей в атмосферу непрерывно выбрасываются вредные для растений, животных и человека вещества: оксиды азота, углеводорода, оксид углерода. Потребление кислорода при горении топлива уменьшает его содержание в атмосфере. На атомных электростанциях встаёт проблема захоронения опасных радиоактивных отходов. Применение паровых турбин на электростанциях требует больших площадей под пруды для охлаждения отработанного пара. В нашей стране для этой цели требуется 200 км3 воды.
Слайд 24
Мероприятия по охране природы 1. Повышение эффективности очистных сооружений. 2. Эксплуатация автомобилей с полным сгоранием топлива в ДВС и минимальным выбросом CO2в атмосферу. 3. Применение горючего из смеси кислорода и водорода. 4. Сооружение комплексов электростанций, в первую очередь атомных, с замкнутым циклом водоснабжения.
Слайд 25
Жак Ива Кусто: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу».
Слайд 26
Посмотреть все слайды
