Работа газа и пара при расширении двигатель внутреннего сгорания 8 класс доклад

Обновлено: 02.07.2024

Тип урока: Изучение нового материала.

Цели урока:

Сформировать знание учащихся о работе пара и газа на примере изучения двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Ознакомить учащихся с устройством и принципом работы такого двигателя.

Задачи:

Обучающая – изучить понятие тепловых двигателей, добиться понимания учащимися назначения отдельных элементов ДВС, изучить принцип работы четырехтактного ДВС.

Воспитательная – стимулирование познавательной активности при обсуждении работы двигателя, используя компьютер; содействовать патриотическому воспитанию, напомнив о роли русских изобретателей в истории.

Развивающая – систематизировать знания учащихся по изученному материалу темы “Тепловые явления”, анализ экологической опасности ДВС.

Вложение	Размер
urok_2.12.doc	170.5 КБ
nachalo.ppt	73.5 КБ
okonchanie.ppt	1.29 МБ
prodolzhenie_uroka.ppt	944 КБ
razdatochnyy_material.doc	30 КБ

Предварительный просмотр:

Тип урока: Изучение нового материала.

Сформировать знание учащихся о работе пара и газа на примере изучения двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Ознакомить учащихся с устройством и принципом работы такого двигателя.

Оборудование: ноутбук, мультимедийный проектор, презентация 1, презентация 2, модель ДВС, таблица.

Цель: подготовка учащихся к активному восприятию материала, заинтересованность учащихся.

Сегодня мы с вами продолжим изучать тепловые явления. Развитие техники зависит от умения использовать громадные запасы внутренней энергии, которые содержатся в топливе.

Cкажите, пожалуйста, обладаете ли вы внутренней энергией? Откуда она в вас берется? На что вы ее расходуете?

Прежде чем приступить к изучению нового материала, давайте вспомним, что вы изучали ранее.

Цель: проверить уровень знаний, провести подготовку к изучению нового материала.

? Что такое внутренняя энергия?

? Способы изменения внутренней энергии?

(заполняется схема слайд 1 презентация 1 )

Если раньше мы говорили об изменении внутренней энергии путем теплообмена, то теперь более подробно рассмотрим вопрос об изменении внутренней энергии посредством совершения работы и о практическом использовании этого явления в тепловых двигателях.

Использовать внутреннюю энергию – это значит совершать за счет ее полезную работу.

Для того чтобы понять, как это сделать, выполним опыт.

Посмотрим опыт ( компьютерная анимация: принцип работы тепловых двигателей – слайд 2 )

Откройте учебник на стр. 52 и в третьем абзаце найдите ответ на вопрос.

Ответ: За счет давления пара.

Ответ: Энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершает работу – выталкивает пробку.

Можно ли сказать, что пробирка с кипящей в ней водой и вылетающей пробкой является моделью теплового двигателя? Как вы думаете, где данное явление используется в технике? ( компьютерная анимация: принцип работы тепловых двигателей – слайд 3 )

Ответ: Да. Используется в работе тепловых двигателей.

Сегодня на уроке мы с вами поговорим о ТД, об их устройстве и принципе работы. Мальчишки в своей жизни уже, наверно, не раз ходили с папами в гараж. Но я думаю, что и девочкам знания о ТД будут полезны, так как сейчас все больше женщин садится за руль автомобиля.

III этап. Исторический экскурс (слайд 2 презентация 2).

Цель: развитие интереса изучения физики, расширение кругозора учащихся.

От рождества Христова человечество живет на Земле уже более 2000 лет. И что же оно сотворило с нашей планетой за эти годы? Мне кажется, что Земля уже давно посылает сигналы SОS своим собратьям по Вселенной. У Земли много проблем, но одна из них - тепловые машины. Сейчас мы с вами постараемся совершить небольшой экскурс в историю и вспомнить, как это начиналось.

Еще в 3 веке до н.э. греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла паром. Рисунки пушки Архимеда были позднее найдены в рукописях Леонардо да Винчи. При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой, как бы цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

(слайд 3 презентация 2).

А затем началась эпоха изобретения и усовершенствования тепловых машин.
1763 год - изобретение паровой машины Дж. Уаттом имело исключительно большое значение для перехода к машинному производству, стали возможным изобретения: парохода (1807 г.), паровоза (1814 г.), в 1887 г. Лавеленом изобретена паровая турбина, что позволило увеличить мощность электростанций.

Почти через 100 лет после изобретения Уатта и Ползунова француз Ленуар сконструировал двухтактный двигатель, в 1876 году немец Отто построил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

(слайд 4 презентация 2).

1885 г. — состоялись первые испытания трехколесного самохода, изготовленного Карлом Бенцем. В 1886 г. изобретатель получил патент на свое самоходное детище.

1886 г. — официально признанный год рождения автомобиля. Его создателями считаются немецкие инженеры Готлиб Даймлер и Карл Бенц.

(слайд 5 презентация 2).

1894 г. — немецкие конструкторы Хильдебранд и Вольфмюллер создали свой первый мотоцикл.

(слайд 6 презентация 2).

(слайд 7 презентация 2).

IV этап. Динамическая пауза.

Цель: воспитывает чувство ответственности у учащихся за свое здоровье.

Пальчиковый массаж: поглаживая поочередно пальцы рук, улучшают работу соответствующих органов:

большой - головной мозг.

V этап. Изучение новой темы

Цель: реализуются обучающие задачи урока, идёт активизация мыслительной и самостоятельной деятельности учащихся, воспитывается чувство уверенности в высказывании своего мнения.

Тепловой двигатель – это устройство, совершающее работу за счет тепловой энергии.

Тепловая машина – это тепловой двигатель, работающий циклично.

Почему двигатель называют ДВС.
Устройство двигателя внутреннего сгорания.
Схему работы такого двигателя.

ДВС – очень распространенный вид ТД. ДВС работают на жидком топливе или горючем газе.

Какие виды жидкого топлива вы знаете?

Где сгорает топливо в этом двигателе?

Само название ДВС говорит о том, что топливо сгорает внутри самого двигателя - прямо в цилиндре. ДВС работают на жидком топливе (бензин, керосин) или на горючем газе.

ДВС – это двигатель, топливо в котором сгорает внутри самого двигателя.

Рассмотрим устройство ДВС на макете.

(вместе с учащимися рассматриваем интерактивную модель ДВС)

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. На валу укреплен тяжелый маховик для уменьшения неравномерности вращения вала. В верхней части цилиндра имеются два клапана 1 и 2, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы. В таких двигателях постоянно происходит сгорание горючей смеси (пары бензина и воздуха). При сгорании этой смеси образуются газы, температура которых порядка 1600-1800 0 С.

(слайд 8 презентация 2 ).

Рассмотрим принцип работы ДВС на модели.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками.

Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. Один рабочий цикл в двигателе происходит за 4 хода поршня или такта. Поэтому такие двигатели называются четырёхтактными. Рассмотрим более подробно каждый такт.

Учащиеся: пытаются сами объяснить работу двигателя в каждом такте.

Затем учитель ещё раз останавливается на этом, объясняя подробнее с использованием таблицы.

(компьютерная анимация ДВС – слайд 4).

1такт - впуск: при повороте вала поршень опускается вниз. Объём над поршнем увеличивается, в цилиндре создается разрежение, клапан 1 открывается и в цилиндр входит горючая смесь. В конце такта цилиндр заполняется горючей смесью и клапан 1 закрывается.

2 такт - сжатие: при дальнейшем повороте вала поршень начинает двигаться вверх и сжимает горючую смесь, когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь возгорается от электрической искры и быстро сгорает.

3 такт - рабочий ход: образующиеся при сгорании смеси газы давят на поршень и он движется вниз. В этом случае двигатель совершает работу. Этот такт называется рабочим ходом.

Во 2 и 3 тактах оба клапана закрыты.

4 такт - в конце 3 такта клапан 2 открывается и через него продукты сгорания выходят в атмосферу. В течение такта поршень движется вверх. В конце такта клапан 2 закрывается.

Итак, цикл двигателя состоит из 4 тактов. Давайте вспомним их ещё раз.

Учащиеся: ещё раз называют названия тактов, затем их записывают в тетрадях. Записи тут же проверяются.

Для более наглядного восприятия нового материала используется компьютерное моделирование работы двигателя внутреннего сгорания.

(компьютерная анимация ДВС – слайд 5).

VI этап. Первичное закрепление

(слайд 1 презентация 3).

Цель: отработка, базовых знаний, выполнение заданий по образцу

Вызвать учащегося и на модели продемонстрировать устройство и такты ДВС.

Цель: изучить вредное воздействие ТД на окружающую среду , анализ экологической опасности ДВС.

(слайд 2 презентация 3).

Р.Рождественский дал очень точный и емкий образ нынешней действительности:

Пирсы и перроны,

Леса без птиц и земли без воды…

Все меньше - окружающей природы,

Все больше – окружающей среды.

И в этом списке сплошь и рядом дорогущие спортивные суперкары и лимузины. Именно они являются главными врагами чистого воздуха (компанию им составил огромный Hummer H2).

Если сейчас в среднем обычные легковушки выбрасывают в атмосферу 120-150 г/км вредных веществ, то у лидера списка Bugatti Veyron этот показатель намного больше. Его 1001-сильный мотор выкидывает на каждый пройденный километр сразу 571 г!

На втором месте идет Lamborghini Murcielago (495 г/км),

VIII этап. Мозговой штурм (контроль и коррекция)
Цели : контроль за усвоением знаний, умений и навыков.

Тест (слайды 6-13 презентация 3).

IX этап. Домашнее задание.

Цель : подготовка учащихся на выполнение домашнего задания, развитие интереса к изучению физики.

§§ 21, 22
Какие экологические проблемы породили тепловые двигатели? Каковы пути их решения? (К чему приводит загрязнение почвы СО? СО 2 ? Свинцом? Сажей? NO 2 ?)

Учащиеся: записывают в дневники.

X этап. Подведение итогов.

Цель : воспитание интереса изучения физики.

Учитель: Хочется отметить, что научно-технический прогресс неуклонно совершенствует конструкции, технические характеристики автомобилей. Важным на современном этапе является создание новых экономичных и экологически чистых машин. Это - машины нового века, новых технологий. Это – машины будущего. Может быть кто-то из вас и будет изобретателем этих машин. Желаю вам в этом удачи.

Стихотворение Н. Аникина:

Если мы вредим природе,
Мы вредим самим себе.
С юных лет должны ребята
Все живое охранять.
Чтоб за страшную ошибку
На природу не пенять.
Лозунг жив еще в народе,
Повторяй его везде
Продлеваешь жизнь природе –
Продлеваешь жизнь себе.

Пар или газ, расширяясь, может совершить работу.
При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию.
Устройства, в которых внутренняя энергия пара или газа (рабочего тела) превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.

Существуют различные виды тепловых двигателей:

Простейший одноразовый тепловой двигатель (паровая машина)

При нагревании воды в закрытой пробкой пробирке увеличивается количество пара, находящегося под пробкой, и повышается его давление на пробку.

Наконец, давление пара выталкивает пробку, при этом пар совершает работу. Часть первоначальной энергии пара пошло на совершение работы по выталкиванию пробки. Внутренняя энергия пара превратилась в механическую энергию. Так как пар выходит еще достаточно горячий, то оставшуюся энергию он отдает окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру.

Две с лишним тысячи лет тому назад, в 3 веке до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунки пушки Архимеда были найдены позднее в рукописях Леонардо да Винчи.
При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне . Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой, как бы цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

В настоящее время подавляющее большинство работающих на Земле двигателей - тепловые.

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ!

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ( четырехтактный )

Двигатель состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень.

Сгорание топлива происходит внутри двигателя.
Двигатель работает на жидком топливе.
Повторяющийся рабочий цикл двигателя состоит из четырех процессов (тактов):
а) впуск, б) сжатие, в) рабочий ход, г) выпуск. (только во время рабочего хода происходит поворот вала)

В автомобилях чаще используют четырехцилиндровые ДВС, которые обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Принцип действия ракетного двигателя состоит в следующем:

горючее, а в первых ракетах это был пороховой заряд, сгорает в камере сгорания, и образовавшиеся газы с большой скоростью вылетают из отверстия - сопла. Вылет газов сопровождается отдачей.
В результате этой отдачи возникаеет сила, приложенная к двигателю и направленная противоположно направлению вылета газовой струи.

Развитие реактивных двигателей началось в 40-вых годах 20 века.
Первое применение они нашли в военной технике: в гвардейских минометах "Катюша", в немецких ракетах ФАУ, затем в реактивных самолетах.

На автомобилях ставят глушители, а если их нет, то выпуск отработанных газов происходит с большим шумом. Дело в том, что отработанные газы при выпуске из цилиндра имеют значительно большее давление, чем атмосферный воздух.

Расширяясь с большой скоростью, они создают шум. Смысл работы глушителя состоит в уменьшении скорости выхода газа из цилиндра двигателя.

. что высота подъема самолетов, двигатели которых работают на смеси горючего и воздуха, ограничена. Это из-за того, что на больших высотах воздух разрежен, и в нем недостаточно кислорода.

В ходе уроков прошлого курса вы познакомились с механической энергией тела: потенциальной и кинетической. В данном разделе появился еще один вид энергии — внутренняя энергия тела. Одной из ее важнейших характеристик является температура. При этом, любое тело имеет некоторый запас внутренней энергии.

Топливо обладает огромным запасом внутренней энергии. Оно может быть разным: твердым, жидким или газообразным. При этом главная его особенность в том, что при сжигании топлива выделяется большое количество теплоты.

Развитие наших технологий напрямую зависит от умения использовать эту энергию. В данном уроке мы рассмотрим, каким образом удается превратить внутреннюю энергию топлива в механическую, подойдем к изучению машин, с помощью которых осуществляется это превращение энергии.

Совершение работы паром

Как же мы может использовать внутреннюю энергию некого тела? Смысл в том, чтобы совершить за счет этой внутренней энергии какую-то полезную работу. Например, поднять на определенную высоту большой груз, переместить контейнеры, перевезти вагоны.

Такая работа будет совершаться за счет механической энергии. Значит, необходимо каким-то образом превратить внутреннюю энергию в механическую.

Рассмотрим очень простой способ. Нальем в сосуд обычную воду и плотно закроем его пробкой. Нагреем воду до кипения (рисунок 1, а).

При кипении в закрытом сосуде активно будет образовываться пар. В какой-то момент под давлением пара пробка выскочит и полетит вверх (рисунок 1, б).

В данном опыте в роли топлива у нас выступала обычная вода. При кипении часть энергии воды перешла во внутреннюю энергию пара. Пар, расширяясь, совершил работу. Он вытолкнул пробку.

При этом внутренняя энергия пара перешла в кинетическую энергию пробки.

Тепловой двигатель

А теперь давайте мысленно заменим сосуд на прочный цилиндр из металла, а пробку — на плотно сидящий поршень, который может двигаться вдоль цилиндра. У нас получился простейший тепловой двигатель. В нем внутренняя энергия топлива будет переходить в механическую энергию поршня.

Тепловой двигатель — это машина, в которой внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Такой тепловой двигатель был изобретен в конце XVII века. Создал его шотландский инженер и изобретатель Джеймс Уатт (рисунок 2). Как вы догадываетесь, в дальнейшем этот двигатель совершенствовался огромное количество раз.

Виды тепловых двигателей

К тепловым двигателям относятся следующие машины:

Паровая машина
Газовая турбина
Реактивный двигатель

Все эти машины объединяет один принцип работы. В них энергия топлива сначала переходит в энергию газа или пара. Газ совершает работу. Из-за этого он охлаждается. При этом часть его внутренней энергии переходит в механическую энергию.

В следующих уроках мы рассмотрим два вида тепловых двигателей из всех вышеперечисленных: двигатель внутреннего сгорания и паровую турбину.

Энергия бывает потенциальная, кинетическая – энергия движения. Существует еще один вид энергии, который называется внутренняя энергия. Внутренняя энергия любого тела, характеризуется температурой, она может изменяться, и может быть запасена в таком веществе, как топливо. Топливо может быть разным: жидким, твердым, газообразным, но тем не менее мы должны с вами понимать, что при сжигании топлива выделяется тепло. В нашей жизни используется достаточно большое количество машин и эти машины используют различные виды энергии. Машина – это устройство, которое преобразует один вид энергии в другой.

Рассмотрим некоторый опыт. Если взять пробирку, налить туда немного воды, заткнуть ее пробкой, а потом эту пробирку нагревать, то, как вы знаете через некоторое время пар, образовавшийся в этой пробирке от закипающей жидкости, вытолкнет пробку наружу. Что же произошло? Произошло, что мы с вами называем работой пара. То есть пар получил энергию от сожженного топлива при нагревании и, расширяясь, совершил полезную работу. Если вместо пробирки взять металлический цилиндр, а вместо пробки расположить поршень, то получится простейший двигатель. Этот двигатель называется тепловым.

Итак, тепловым двигателем называется устройство, которое преобразует внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Для нас с вами механическая работа очень важна, именно эта работа определяет движение транспорта, перевозку грузов, подъем этих грузов и многое, многое другое. У машины другого назначения нет – она только занимается тем, что преобразует одну энергию в другую. Энергию преобразует в работу.

Впервые создал знаменитую паровую машину Герон Александрийский – инженер-изобретатель, жил он в I, по некоторым данным, во IIвеке нашей уже эры. Эта машина заключается в следующем: в сосуд с отверстиями наливалась вода и помещалась над огнем. Вода закипала, через отверстия с большой скоростью вырывался пар, и сама эта часть, подвешенная над огнем, начинала вращаться. Это и был прообраз первой тепловой машины.

Первый тепловой двигатель, о котором мы можем с вами говорить, уже действительно тот, который использовался в работе, это не была демонстрация превращения внутренней энергии в механическую работу, был построен в 1768 году в Англии знаменитым инженером Джеймсом Уаттом. В честь Уатта была названа потом единица мощности, вы об этом знаете. Ватт – это и есть фамилия этого человека. Итак, в 1768 году впервые был построен двигатель, который мы называем с вами паровым. Там использовалась энергия расширяющегося пара, которая превращалась в механическую работу.

В 1803 году появился первый паровоз в Англии, но широкого применения не получил. Дело все в том, что именно в этом транспорте увидели конкуренцию все, кто занимался в то время перевозками. Тем не менее прогресс остановить нельзя, и в дальнейшем уже не паровые двигатели, а были изобретены так называемые двигатели внутреннего сгорания, т.е. дело все в том, что если есть двигатель внутреннего сгорания, то есть, конечно, и двигатель внешнего сгорания. Вот двигателем внешнего сгорания как раз и является паровая машина, где топка, где сжигается топливо, находится вне парового котла, т.е. как бы прямо на топке укрепляется паровой котел с водой, вода кипит, образуется пар, и дальше уже этот пар, расширяясь, совершает работу. Вот это – двигатель, можно сказать, внешнего сгорания.

А двигатель внутреннего сгорания – это двигатель, где сгорание происходит внутри самого двигателя. Такой двигатель был изобретен в конце XVII века во Франции, и первый опыт этого двигателя был достаточно успешным. В результате этот двигатель уже стали использовать на различных видах транспорта. В 1860 году французский инженер Ленуар изобрел и построил двигатель внутреннего сгорания. В этот двигатель поступала смесь светильного газа и воздуха, сгорала внутри двигателя и тем самым обеспечивала его работу.

В дальнейшем усовершенствовал этот двигатель немецкий инженер Отто. Вот этот двигатель Ленуара-Отто очень долгое время существовал. Его использовали на различных транспортных средствах. Следом за двигателем Ленуара-Отто пришел немецкий инженер Даймлер, которому удалось создать бензиновый двигатель. Вот откуда начинается история немецкого автопрома. На сегодняшний день двигатель называется двигателем внутреннего сгорания и после многих усовершенствований представляет собой уже, достаточно обоснованное устройство, в котором находится достаточно много деталей, и одно из таких частей, мы с вами рассмотрим.

Главная часть любого двигателя внутреннего сгорания – это цилиндр. В этом цилиндре располагается поршень. Дальше есть шатун, который соединяется с коленвалом. Также в этом двигателе предусмотрены два клапана(впускной клапан, через который поступает топливо и выпускной клапан). И есть, конечно же, свеча зажигания.

Итак, как же работает такой двигатель? Такой двигатель называется четырехтактным. Потому что вся работа двигателя совершается как бы в четыре такта. Обращаю ваше внимание, что движение поршня происходит верх и вниз и во всех этих движениях рассматриваются определенные действия. Давайте с вами посмотрим какие. Итак, работа двигателя заключается в следующем. Верхняя точка, в которой располагается поршень, называется мертвой точкой, верхней мертвой точкой. Внизу такая же точка называется нижней мертвой точкой, т.е. весь ход поршня от одной точки до другой называется ходом, как мы уже с вами говорили. Итак, что же происходит? В первый такт открывается один клапан, и через него происходит впуск. Дальше сжимается, в этот момент срабатывает свеча зажигания, топливо сгорает, и толкает поршень вниз. По инерции маховое колесо срабатывает, прокручивает дальше. Следующий шаг: открывается другой клапан и через него выбрасывается отработанное топлив. Итак: впуск, работа, выпуск, впуск, работа, выпуск, т.е. таким образом совершается работа двигателя внутреннего сгорания.

Обращаю ваше внимание на то, что быстрота, с которой происходит движение, достаточно высока. За одну минуту, например, может происходить три тысячи таких вот движений, оборотов, говорят, семь тысяч оборотов. В некоторых случаях до 15 тысяч оборотов в минуту, т.е. достаточно быстрое движение двигателя внутреннего сгорания.

Б. 9 ПАРОВАЯ ТУРБИНА

- один из видов тепловых двигателей, в которых высокотемпературный водяной пар или другой газ вращают вал без помощи поршня. Струи пара, вырываясь из сопел, давят на лопатки турбины, вращая её.

Одной из первых турбин была паровая турбина, созданная в конце 19 века шведским инженером Лавалем. Она нашла широкое применение благодаря новой прогрессивной конструкции сопла.

Читайте также: