Конспект тепловые двигатели внутреннего сгорания

Обновлено: 30.06.2024

Презентация позволяют организовать изучение данной темы за 1-3 урока в зависимости от уровня требований программы, подготовки учащихся и особенностей изложения материала в используемом учебнике.

Вложение	Размер
prezentatsiya_printsip_deystviya_teplovyh_dvigateley._kpd_.pptx	1.87 МБ
konspekt_uroka_printsip_deystviya_teplovyh_dvigateley._kpd.doc	846 КБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию 3

Тепловые двигатели Внутренняя энергия топлива Механическая энергия Внутренняя энергия топлива Внутренняя энергия топлива Механическая энергия Механическая энергия Тепловые двигатели Тепловые двигатели 4

Тепловые двигатели Внутренняя энергия топлива Механическая энергия 5

Тепловые двигатели Турбины Паровая машина Двигатель внутреннего сгорания Реактивный двигатель Газовая турбина Паровая турбина Дизельный двигатель Бензиновый двигатель 6

Тепловые двигатели Турбины Паровая машина Двигатель внутреннего сгорания Реактивный двигатель Газовая турбина Паровая турбина Дизельный двигатель Бензиновый двигатель Изучим в 9 классе 7

- Δ U=A´ A ´ – работа газа - Δ U – уменьшение внутренней энергии газа 9

25% - полезная работа 40% - потери с охлаждающей водой 10% - потери на трение 25% - уносится с отработанными газами Энергетический баланс теплового двигателя 10

Что называется коэффициентом полезного действия? Это физическая величина, равная отношению полезной работы к затраченной Что нам известно об этой величине ? Ее значение ни при каких условиях не может быть больше 100% Коэффициент полезного действия тепловой машины 11

Коэффициент полезного действия тепловой машины Что в тепловых машинах совершает полезную работу? Полезную работу совершает рабочее тело – газ или пар Какая энергия тратится в тепловых двигателях? Энергия, которую газ получает от нагревателя (сгорающего топлива) 12

Для всех машин η

«Принцип действия тепловых двигателей. КПД.

Тип урока: Изучение нового материала.

• объяснить принцип действия тепловых двигателей, определить КПД тепловых двигателей:
• показать значение тепловых двигателей в жизни человека;
• проанализировать, в чем заключается вредное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и здоровье человека;
• выяснить пути охраны окружающей среды;
• содействовать формированию навыков сравнения, выделения главного и второстепенного в изучаемом материале, обобщения, логического мышления.
• поддерживать интерес к предмету, желание учиться.

• Модель двигателя внутреннего сгорания.
• Модель ветровой турбины.
• Штатив, пробирка с пробкой, спиртовка.
• Выставка рефератов.
• Компьютер, мультимедийный проектор.

Нельзя допустить, чтобы люди направляли на свое собственное уничтожение те силы природы, которые сумели открыть и покорить.

6. Влияние работы тепловых машин на окружающую среду.

7. Пути решения проблем, связанных с использованием тепловых двигателей.

9. Решение задачи.

11. Объяснение домашнего задания.

Слайд №1 Тема урока

Слайд №2 Интерактивный план урока.

Проведение демонстрационного опыта.

В пробирку нальем немного воды, затем плотно закроем ее пробкой и нагреем воду до кипения. Пробка выскочит.

Почему выскочила пробка?

Давление пара резко повысилось.

Какие превращения энергии мы наблюдали?

Внутренняя энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара. Пар, расширяясь, совершил механическую работу - вытолкнул пробку.

Как вы думаете, где данное явление используется в технике?

Используется в работе тепловых двигателей.

Слайд №3 На слайде иллюстрирована краткая история тепловых машин.

Виды тепловых двигателей

Жизнь людей невозможна без использования различных видов энергии. Источниками энергии являются различные виды топлива, энергия ветра, солнечная энергия, энергия приливов и отливов. Поэтому существуют различные типы устройств, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой. Электрические двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую, генераторы – механическую в электрическую и так далее.

Прогресс нашей цивилизации напрямую связан с применением тепловых машин : нет ни одной области человеческой деятельности, где бы они не применялись.

Паровая турбина Джиованни Бранка. 1629 г. Она должна была приводить в движение пестики для размельчения угля и серы на пороховых заводах. Однако мощность ее оказалась слишком мала, поэтому сведений о реальном существовании такого механизма не найдено.

Атмосферный двигатель. Пол Ньюкомен.1712 г. Это пароатмосферная машина, в которой работа происходит за счет атмосферного давления, а не за счет давления пара. Использовалась для откачки воды в шахтах. Несмотря на то, что была высотой с четырех-пятиэтажный дом и потребляла очень много угля, она стала первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии.

Универсальная паровая машина. Джеймс Уатт. 1768 г. Именно ему паровая машина в ее теперешнем виде обязана своим появлением на свет и введением в практику обыденной жизни.

Паровая телега. Николя Йозеф Кюньо. 1769 г. Первое действующее самоходное паровое транспортное средство в истории человечества – прародитель автомобиля.

Пароход. Роберт Фултон. 1807 г. У парохода Роберта Фултона были и предшественники, но именно он начал новую эру в истории судоходства, когда стал совершать регулярные рейсы и перевозить пассажиров от Нью-Йорка до Олбани и обратно со скоростью 5 узлов.

Корнуэльские двигатели. Ричард Тревитик. 1811 г. В промышленных однотактных двигателях Тревитика с целью повышения эффективности был впервые применен пар высокого давления. Именно они положили начало проникновению пара в сельское хозяйство и транспорт. Р.Тревитик является также создателем первого в мире паровоза.

Дирижабль Жиффара. Анри Жиффар. 1852 г. Воздушный шар всегда летел по воле ветра, и будущему изобретателю это не нравилось. Тогда он решил, что если на шар поставить мощную паровую машину с воздушным винтом, то можно будет лететь в любом направлении.

С момента, когда Джеймс Уатт в 1768 г. построил первую паровую машину, до настоящего времени прошло более 240 лет. За это время тепловые машины очень сильно изменили содержание человеческого труда. Именно применение этих машин позволило человечеству шагнуть в космос, раскрыть тайны морских глубин. Уровень развития любой страны определяется тем, какое количество различных машин приходится на душу населения.

Все тепловые машины преобразуют внутреннюю энергию в механическую.

Внутренняя энергия этих машин образуется за счет энергии топлива.

Можно выделить несколько основных видов тепловых двигателей. К двигателям внешнего сгорания относятся паровая машина, паровая и газовая турбины, к двигателям внутреннего сгорания – бензиновый и дизельный. Существуют также реактивные и ракетные двигатели.

Разнообразие видов тепловых машин указывает лишь на различие в конструкции и принципах преобразования энергии. Общим для всех тепловых машин является то, что они изначально увеличивают свою внутреннюю энергию за счет сгорания топлива, с последующим преобразованием внутренней энергии в механическую: тела, расширяясь при нагревании, совершают работу. Так как газы и пары расширяются наиболее сильно, они используются в качестве рабочего тела .

Согласно закону сохранения энергии

Любой газ, который расширяется, совершает положительную работу и при этом охлаждается. Часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.

-ΔU =A', где А' - работа газа, -ΔU - уменьшение внутренней энергии.

КПД тепловой машины

Очевидно, что никогда не может произойти эквивалентного преобразования внутренней энергии в работу: часть внутренней энергии уходит на нагревание деталей машин, на преодоление трения в узлах, на рассеивание в окружающую среду. Первая паровая машина преобразовывала менее 1% от всей энергии в полезную работу.

Что называется коэффициентом полезного действия?

Это физическая величина, равная отношению полезной работы к затраченной: КПД=А п /А з

Что нам известно об этой величине?

Эта величина выражается в процентах. Ее значение ни при каких условиях не может быть больше 100%

Что в тепловых машинах совершает полезную работу?

Полезную работу совершает рабочее тело – газ или пар:

Какая энергия тратится в тепловых двигателях?

Энергия, которую газ получает от нагревателя (сгорающего топлива): Q

A - работа газа,

Q – количество теплоты, полученное от нагревателя (при сгорании топлива).

Так как А' , для всех машин η

Слайд №14

Если проследить историю развития тепловых машин, то следует заметить, что постоянное усовершенствование машин в конструкции, в создании новых видов топлива привело к тому, что современные машины имеют достаточно высокие значения КПД по сравнению с первоначальными моделями.

Для современных паровых турбин КПД достигает 30%, для двигателей внутреннего сгорания 30-35%, для дизельных двигателей 35-42%.

А теперь давайте познакомимся с устройством различных тепловых двигателей. В любом двигателе нагревателем служит сгорающее топливо, рабочим телом - газ или пар, холодильником - атмосфера или конденсатор.

Коэффициент полезного действия можно рассчитать по следующим формулам:

Тепловые машины в термодинамике — это периодически действующие тепловые двигатели и холодильные машины (термокомпрессоры). Разновидностью холодильных машин являются тепловые насосы.

Устройства, совершающие механическую работу за счёт внутренней энергии топлива, называются тепловыми машинами (тепловыми двигателями). Для функционирования тепловой машины необходимы следующие составляющие: 1) источник тепла с более высоким температурным уровнем t1, 2) источник тепла с более низким температурным уровнем t2, 3) рабочее тело. Иначе сказать: любые тепловые машины (тепловые двигатели) состоят из нагревателя, холодильника и рабочего тела.

В качестве рабочего тела используются газ или пар, поскольку они хорошо сжимаются, и в зависимости от типа двигателя может быть топливо (бензин, керосин), водяной пар и пр. Нагреватель передаёт рабочему телу некоторое количество теплоты (Q1), и его внутренняя энергия увеличивается, за счёт этой внутренней энергии совершается механическая работа (А), затем рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты холодильнику (Q2) и охлаждается при этом до начальной температуры. Описанная схема представляет цикл работы двигателя и является общей, в реальных двигателях роль нагревателя и холодильника могут выполнять различные устройства. Холодильником может служить окружающая среда.

Поскольку в двигателе часть энергии рабочего тела передается холодильнику, то понятно, что не вся полученная им от нагревателя энергия идет на совершение работы. Соответственно, коэффициент полезного действия двигателя (КПД) равен отношению совершенной работы (А) к количеству теплоты, полученному им от нагревателя (Q1):

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Существует два типа двигателей внутреннего сгорания (ДВС): карбюраторный и дизельный. В карбюраторном двигателе рабочая смесь (смесь топлива с воздухом) готовится вне двигателя в специальном устройстве и из него поступает в двигатель. В дизельном двигателе горючая смесь готовится в самом двигателе.

ДВС состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень; в цилиндре имеются два клапана, через один из которых горючая смесь впускается в цилиндр, а через другой отработавшие газы выпускаются из цилиндра. Поршень с помощью кривошипно-шатунного механизма соединяется с коленчатым валом, который приходит во вращение при поступательном движении поршня. Цилиндр закрыт крышкой.

Цикл работы ДВС включает четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Во время впуска поршень движется вниз, давление в цилиндре уменьшается, и в него через клапан поступает горючая смесь (в карбюраторном двигателе) или воздух (в дизельном двигателе). Клапан в это время закрыт. В конце впуска горючей смеси закрывается клапан.

Во время второго такта поршень движется вверх, клапаны закрыты, и рабочая смесь или воздух сжимаются. При этом температура газа повышается: горючая смесь в карбюраторном двигателе нагревается до 300— 350 °С, а воздух в дизельном двигателе — до 500—600 °С. В конце такта сжатия в карбюраторном двигателе проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется. В дизельном двигателе в цилиндр впрыскивается топливо, и образовавшаяся смесь самовоспламеняется.

При сгорании горючей смеси газ расширяется и толкает поршень и соединенный с ним коленчатый вал, совершая механическую работу. Это приводит к тому, что газ охлаждается.

Когда поршень придёт в нижнюю точку, давление в нём уменьшится. При движении поршня вверх открывается клапан, и происходит выпуск отработавшего газа. В конце этого такта клапан закрывается.

Паровая турбина

Паровая турбина представляет собой насаженный на вал диск, на котором укреплены лопасти. На лопасти поступает пар. Пар, нагретый до 600 °С, направляется в сопло и в нём расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струя пара поступает из сопла на лопасти турбины и передаёт им часть своей кинетической энергии, приводя турбину во вращение. Обычно турбины имеют несколько дисков, каждому из которых передаётся часть энергии пара. Вращение диска передаётся валу, с которым соединён генератор электрического тока.

Удельная теплота сгорания топлива

При сгорании различного топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Например, хорошо известно, что природный газ является энергетически более выгодным топливом, чем дрова. Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров, которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа. Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения характеризуются величиной, называемой удельной теплотой сгорания топлива .

Удельная теплота сгорания топлива — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой q, её единицей является 1 Дж/кг.

Значение удельной теплоты определяют экспериментально. Наибольшую удельную теплоту сгорания имеет водород, наименьшую — порох.

Удельная теплота сгорания нефти — 4,4*10 7 Дж/кг. Это означает, что при полном сгорании 1 кг нефти выделяется количество теплоты 4,4*10 7 Дж. В общем случае, если масса топлива равна m, то количество теплоты Q, выделяющееся при его полном сгорании, равно произведению удельной теплоты сгорания топлива q на его массу:

Q = qm.

Цели урока: закрепить знания учащихся о тепловых явлениях; дать историческую справку о создании тепловых машин, их использовании человеком; сформировать понятие теплового двигателя, его устройстве; рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей; учить обучающихся сравнивать и сопоставлять изучаемые процессы; сформировать знания о работе пара и газа на примере изучения двигателя внутреннего сгорания (ДВС); ознакомить с устройством и принципом действия четырёхтактного ДВС (на модели); развивать у учащихся интерес к изучению данной темы, логическое мышление, умение работать с учебником и применять полученные знания на практике; воспитывать добросовестное отношение к учебному труду, самостоятельность, уважение к людям науки.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Тема. Принципы работы тепловых двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания.

Цели урока: закрепить знания учащихся о тепловых явлениях; дать историческую справку о создании тепловых машин, их использовании человеком; сформировать понятие теплового двигателя, его устройстве; рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей; учить обучающихся сравнивать и сопоставлять изучаемые процессы; сформировать знания о работе пара и газа на примере изучения двигателя внутреннего сгорания (ДВС); ознакомить с устройством и принципом действия четырёхтактного ДВС (на модели); развивать у учащихся интерес к изучению данной темы, логическое мышление, умение работать с учебником и применять полученные знания на практике; воспитывать добросовестное отношение к учебному труду, самостоятельность, уважение к людям науки.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Оборудование: мультимедийный проектор, ноутбук, экран, презентация «История

разрезе), учебник В.В. Белага.

Организационный момент.

Повторение ранее пройденного материала.

Задание учащимся: На столах у вас лежит текст. Прочтите его, выделите в нем 7

несоответствий-ошибок с точки зрения физики и объясните ваш

Не может быть.

Проснувшись рано с утра, я вспомнил, что договорился с Витей идти на речку смотреть ледоход. Открыл окно. Морозный воздух клубами врывался в комнату и поднимался под потолок. С пятого этажа мне хорошо были видны поля за окраиной города. Там весь снег уже стаял, и только на крышах домов он еще лежал мохнатыми шапками.

Включив электрочайник, я быстро сделал зарядку, вымылся по пояс под краном и, не вытираясь, глубоко вздохнул – по всему телу разлилось тепло. Зайдя на кухню, я понял, что слишком увлекся – чайник кипел уже не одну минуту. Кипяток был просто обжигающий – градусов 120. Мне пришлось долго ждать прежде, чем он остыл, и я смог попить чаю. Покушав, я побежал на улицу. Опаздывал. Витя был уже там.

- Вот погодка сегодня! – вместо приветствия восхищенно произнес он. – Солнце какое, а температура с утра минус 20 0 С.

- Нет, минус 40 0 С, - возразил я.

Мы заспорили, потом Витя сообразил, в чем дело.

- У меня термометр на ветру висит, - сказал он, - а у тебя в укромном месте, поэтому и показывает больше.

Мы пошли по улице, бодро шлепая по лужам.

7 ошибок в тексте:

Морозный воздух поднимался под потолок – холодный воздух с улицы тяжелее теплого внутри помещения и должен опускаться вниз.

На полях весь снег уже стаял, и только на крышах домов еще лежал мохнатыми шапками - первым снег растает на крышах.

Вымылся по пояс под краном, не вытирался – по всему телу разлилось тепло - при испарении вода отнимает энергию у тела и должно становиться холоднее.

Кипяток был обжигающий – градусов 120 - вода кипит при температуре 100 0 С.

Термометр весит на ветру и показывает -20 0 С, а в укромном месте -40 0 С – на ветру температура должна быть ниже (-40 0 С), чем в укромном месте (–20 0 С).

Мы пошли по улице, шлепая по лужам - вода при отрицательной температуре превращается в лед.

Мотивация учебной и познавательной деятельности.

Вторую половину XX и начала XXI века называют эпохой научно-технической революции. Она характеризуется бурным развитием науки и быстрым внедрением научных открытий в технику, промышленность, сельское хозяйство. Например, сконструировать двигатель, который приводит в движение автомобиль, тепловоз, теплоход, смогли лишь после изучения тепловых явлений и свойств газов. Сегодня мы познакомимся с историей создания тепловых двигателей, а также устройством и работой двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Изучение нового материала.

Слайд 1

1698 г. Томас Сэвери (английский инженер) создал машину, которая преобразовывала внутреннюю энергию в механическую (тепловой двигатель); использовали для откачки воды из угольных шахт.

1710 г. Томас Ньюкомен (английский инженер) предложил пароатмосферный двигатель, в котором пар внутри цилиндра толкал вверх поршень. Для возврата в нижнее положение его охлаждали, пар конденсировался, давление в цилиндре падало, и под действием атмосферного давления поршень опускался вниз. Затем цилиндр снова нагревали, чтобы заставить пар толкать поршень вверх. На всё это уходило много времени и, двигатель работал очень медленно и с низким КПД.

Его машина должна была заменить водяной двигатель на заводе в Барнауле.

Из оборудования на заводе были только воздуходувные мехи и молоты для ковки металла. И их приводили в движение силой воды. Поэтому заводы строили на берегах рек. Если река становилась более мелководной, то производство останавливалось.

В 1765 году Ползунов разработал специальный поплавковый регулятор уровня в котле.

К сожалению, увидеть машину в работе Ползунову не удалось, он умер за два месяца до пуска машины в эксплуатацию, 27 мая 1766 года. Его паровая машина окупила себя всего за два месяца. Но после небольшой поломки хозяева машины не смогли ее починить.

Слайд 5

1769 г. Джеймс Уатт (шотландский инженер) превзошёл своих предшественников и учителей. Он создал усовершенствованную паровую машину. В его двигателе пар направлялся в отдельную камеру для конденсации, тепловые потери двигателя были относительно небольшими. Кроме того, двигатель Уатта был более быстродействующим, поскольку можно было подавать большее количество пара в цилиндр, как толь­ко поршень возвращался в свое исходное положение. Для паровой машины нашлись многочисленные практические применения.

Паровые двигатели использовались на площадках аттракционов, а фермеры с помощью паровой тяги пахали землю.

Уборщики пользовались работающими на пару пылесосами, а в престижных городских парикмахерских были даже щетки для массажа кожи головы с паровым приводом.

Паровые машины устанавливались на паровозы, пароходы.

Демонстрация: Пробирку с небольшим количеством воды, плотно закрытую пробкой,

нагреваем до кипения.

Почему пробка вылетает из пробирки? (Под давлением образовавшегося пара).

Какие превращения энергии здесь происходят? (Часть энергии топлива переходит во внутреннюю энергию пара, который, расширяясь, совершает работу по перемещению пробки. Внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию пробки).

Если пробирку заменить прочным металлическим цилиндром, а пробку плотно пригнанным поршнем, который может свободно двигаться вдоль цилиндра, то получится простейший тепловой двигатель.

тепловые двигатели – устройства, совершающие работу за счет использования внутренней энергии топлива.

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Газовая и паровая турбины

Устройство теплового двигателя: нагреватель, рабочее тело (газ), холодильник.

Газ, получив энергию от нагревателя, расширяется и совершает работу. Но для постоянной работы теплового двигателя нужно. Чтобы поршень после расширения газа возвращался в исходное положение, сжимая газа до первоначального состояния. Для этого газ нужно охладить. А значит – нужно иметь холодильник, которому рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты. Роль холодильника может выполнять и окружающий воздух. После этого процессы расширения и сжатия газа периодически повторяются, за что и названы циклами.

Двигатель внутреннего сгорания – один из самых распространённых тепловых двигателей. Он приводит в движение автомобили, тракторы, тепловозы, теплоходы и т.д.

Первый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1860 г. французским инженером Этьеном Ленуаром, а затем был усовершенствован.

Работа с учебником (В.В. Белага, стр. 44)

Задание учащимся: найти в учебнике ответы на вопросы.

1) Почему двигатель называется двигателем внутреннего сгорания? (В ДВС топливо

сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя).

2) На каком горючем работает ДВС? (ДВС работают на жидком топливе – бензине,

керосине, нефти, или на горючем газе).

3) Устройство ДВС. (Цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана(впускной и

выпускной), свеча).

4) Что называют тактом двигателя? (Тактом двигателя называют ход поршня)

5) Названия тактов ДВС. (1 – впуск, 2 – сжатие, 3 - рабочий ход, 4 – выпуск).

6) Что такое мёртвая точка и сколько их в ДВС? (Крайние положения поршня в

цилиндре называют мёртвыми точками)

7) Что происходит в каждом такте? (1 – поршень движется сверху вниз от верхней мёртвой точки к нижней, при этом объём над поршнем увеличивается, и давление газа в цилиндре над ним уменьшается. Открывается впускной клапан, и через него поступает горючая смесь. Поршень приходит в нижнюю точку, впускной клапан закрывается; 2 – При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх и сжимает горючую смесь. Когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь от свечи воспламеняется и быстро сгорает; 3 – при сгорании смеси выделяется большое количество теплоты, давление на поршень возрастает. Расширяясь, газ толкает поршень, а вместе с ним и коленчатый вал с насаженным на него массивным маховиком, совершая при этом механическую работу. Часть внутренней энергии газа превращается в механическую, потому газ охлаждается. Получив сильный толчок, маховик продолжает вращаться по инерции и перемещает с помощью коленчатого вала поршень; 4 – поршень движется вверх, толкая отработанный газ. Выпускной клапан открывается, и отработанный газ выходит через него. Клапан закрывается).

8) Какова температура сгорания смеси? (1600-1800 0 С)

9) Виды ДВС и их отличие. (ДВС делятся на дизельные и карбюраторные. Отличие – в способе подачи топливно-воздушной смеси в цилиндр и способе её воспламенения. В карбюраторном – смесь готовится вне двигателя – в карбюраторе и поступает в двигатель, поджигаясь свечой зажигания; в дизельном – воздух попадает в цилиндр отдельно от топлива и сильно сжимается, нагреваясь до температуры самовоспламенения дизельного топлива, которое впрыскивается в камеры сгорания форсунками под большим давлением).

Работа с моделью ДВС

Кто хочет попробовать показать цикл (4 такта) работы ДВС?

(Ученик (по желанию) с помощью учителя демонстрирует принцип работы ДВС, останавливаясь на каждом такте цикла)

Подведение итогов урока.

Полностью ли сгорает топливо в ДВС? (Нет, часть топлива и тепловой энергии уходит в атмосферу)

Как рассчитать количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива?

Домашнее задание: §§ 16 (стр. 43), 17 (читать), выучить и уметь показать цикл работы ДВС; подготовить (по желанию) доклад о паровой турбине и холодильной машине (на выбор), уметь рассказать об устройстве и принципе действия.

Тридцать первое октября.

Принципы работы тепловых двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания.

Тепловые двигатели – устройства, совершающие работу за счет использования внутренней энергии топлива.

Устройство теплового двигателя: нагреватель, рабочее тело (газ), холодильник.

1860 г. французский инженер Этьен Ленуар – создание первого ДВС.

В ДВС топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. ДВС работают на жидком топливе – бензине, керосине, нефти, или на горючем газе.

Устройство ДВС: цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана (впускной и выпускной), свеча.

Тактом двигателя называют ход поршня.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками.

4 такта ДВС – цикл:

3 такт – рабочий ход

Температура сгорания смеси 1600-1800 0 С.

ДВС делятся на дизельные и карбюраторные.

Тридцать первое октября.

Принципы работы тепловых двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания.

Тепловые двигатели – устройства, совершающие работу за счет использования внутренней энергии топлива.

Устройство теплового двигателя: нагреватель, рабочее тело (газ), холодильник.

1860 г. французский инженер Этьен Ленуар – создание первого ДВС.

В ДВС топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. ДВС работают на жидком топливе – бензине, керосине, нефти, или на горючем газе.

Устройство ДВС: цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана (впускной и выпускной), свеча.

Тактом двигателя называют ход поршня.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками.

• Для учеников 1-11 классов и дошкольников
• Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Открытый урок физики

«Тепловые двигатели.

Кашкаров Дмитрий Александрович

Тепловые двигатели.

Двигатель внутреннего сгорания

«Процесс научных открытий – это,

Цель:

развивающая – развитие логического мышления на основе сравнительного анализа различных тепловых двигателей; развитие у школьников умений формулировать экологические проблемы использования двигателей, предлагать пути их решения;

воспитательная – стимулирование познавательной активности при обсуждении работы двигателя; содействовать патриотическому воспитанию, напомнив учащимся о роли отечественных изобретателей в истории.

Ход урока.

I. Организационный момент.

1) Проверка готовности к уроку: наличие учебников, рабочих тетрадей, выполнение домашней работы.

2) Проверка готовности ТСО (экран, проектор, ПК, презентация, карточки).

II. Объявление темы и цели урока.

Учитель. В 7 клас­се мы изу­ча­ли раз­лич­ные виды энер­гии, в част­но­сти, рас­смат­ри­ва­ли по­тен­ци­аль­ную энер­гию и ки­не­ти­че­скую энер­гию . Далее, в 8 клас­се был изу­чен ещё один вид энер­гии – внут­рен­няя энер­гия . Внут­рен­няя энер­гия лю­бо­го тела ха­рак­те­ри­зу­ет­ся тем­пе­ра­ту­рой, может из­ме­нять­ся, но самое глав­ное, что внут­рен­няя энер­гия может быть за­па­се­на в таком ве­ще­стве, как топ­ли­во . Топ­ли­во может быть раз­ным: жид­ким, твер­дым, га­зо­об­раз­ным, но самая глав­ная его осо­бен­ность – при сжи­га­нии топ­ли­ва вы­де­ля­ет­ся тепло. В нашей жизни ис­поль­зу­ет­ся до­ста­точ­но боль­шое ко­ли­че­ство машин, и эти ма­ши­ны ис­поль­зу­ют раз­лич­ные виды энер­гии. Общей чер­той всех машин яв­ля­ет­ся то, что это устрой­ство, ко­то­рое пре­об­ра­зу­ет один вид энер­гии в дру­гой. Сегодня мы познакомимся с устройством и ра­ботой двигателя внутреннего сгорания. В настоящее время двига­тель внутреннего сгорания является наиболее распространенным. Такого типа двигатели используются на кораблях, тепловозах, автомобилях, сельскохозяйственных машинах и т. д.

Запишем тему нашего сегодняшнего урока:

III. Актуализация и коррекция опорных знаний.

Учитель. Вначале повторим материал прошлых уроков. Скажите, какие превращения агрегатных состояний веществ мы изучали?

Ученик . Превращение из твердого состояния в жидкое называется плавлением.

Ученик. Превращение из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией.

Ученик . Превращение из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием.

Ученик . Превращение из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Учитель . Приведите примеры превращения энергии пара в механическую энергию тела.

Ученик. При расширении пара в цилиндре с поршнем совершается работа и значит, энергия пара превращается в механическую энергию поршня.

Учитель . Какие двигатели называются тепловыми?

Ученик. Тепловыми двигателями называются машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

I V . Изучение нового материала.

Учитель. Зна­че­ние ме­ха­ни­че­ской ра­бо­ты в жизни че­ло­ве­ка пе­ре­оце­нить тяже­ло: эта ра­бо­та опре­де­ля­ет дви­же­ние транс­пор­та, пе­ре­воз­ку и подъ­ём грузов и мно­гое дру­гое. За­да­ча любой ма­ши­ны – пре­об­ра­зо­вать энер­гию в эту ра­бо­ту.

Рас­смот­рим по­дроб­нее ис­то­рию со­зда­ния пер­вых машин. Че­ло­век давно заду­мы­вал­ся о том, как по­стро­ить со­от­вет­ству­ю­щие ма­ши­ны.

Пер­вым таким че­ло­ве­ком (по до­шед­шим до нас све­де­ни­ям) был Герон Алексан­дрий­ский, ин­же­нер-изоб­ре­та­тель, ко­то­рый жил в I-II в. нашей эры (Рис. 1).

Рис. 1. Герон Алек­сан­дрий­ский.

Он пер­вым со­здал свою зна­ме­ни­тую па­ро­вую ма­ши­ну, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся теп­ло­вой машиной Ге­ро­на (Рис.2).

Рис. 2. Теп­ло­вая ма­ши­на Ге­ро­на

Прин­цип дей­ствия этой ма­ши­ны за­клю­чал­ся в сле­ду­ю­щем: в сосуд с отверсти­я­ми на­ли­ва­лась вода и по­ме­ща­лась над огнем. Вода за­ки­па­ла, через от­вер­стия с боль­шой ско­ро­стью вы­ры­вал­ся пар, и часть, под­ве­шен­ная над огнем, на­чи­на­ла вра­щать­ся. Это и был про­об­раз пер­вой теп­ло­вой ма­ши­ны.

Пер­вый теп­ло­вой дви­га­тель, ко­то­рый ис­поль­зо­вал­ся в ра­бо­те (а не был демон­стра­ци­ей пре­вра­ще­ния внут­рен­ней энер­гии в ме­ха­ни­че­скую ра­бо­ту), был по­стро­ен в 1768 году в Ан­глии зна­ме­ни­тым ин­же­не­ром Джейм­сом Уаттом (Рис. 3) (в честь Уатта потом была на­зва­на еди­ни­ца мощ­но­сти).

Рис. 3. Джеймс Уатт

«В 1781 году Джеймс Уатт впер­вые запатентовал дви­га­тель, ко­то­рый называется паро­вым . В этом дви­га­те­ле ис­поль­зо­ва­лась энер­гия расширяющего­ся пара, ко­то­рая пре­вра­ща­лась в ме­ха­ни­че­скую ра­бо­ту. В резуль­та­те по­мо­щи од­но­го из круп­ных бан­ки­ров и за­вод­чи­ков Уатту уда­лось от­крыть фирму по про­из­вод­ству па­ро­вых машин (Рис. 4).

Рис. 4. Па­ро­вая ма­ши­на Уатта

Па­ро­вые машины ис­поль­зо­ва­лись на шах­тах и за­во­дах. В пер­вые де­ся­ти­ле­тия фирмы было со­зда­но 44 такие ма­ши­ны. В сле­ду­ю­щее де­ся­ти­ле­тие их было со­зда­но уже боль­ше 100.

Прав­да, су­ще­ству­ет вер­сия, что на несколько лет рань­ше Уатта в 1766 году на Барна­уль­ском за­во­де была из­го­тов­ле­на пер­вая па­ро­вая ма­ши­на в Рос­сии (рис 5) .

Рис. 5. Паровая машина Ивана Ползунова

Изоб­ре­та­те­лем этой ма­ши­ны был Иван Пол­зу­нов (Рис. 6).

Рис. 6. Памятник Ивану Ползунову в Новгороде

Учитель . Из всего многообразия тепловых двигателей мы познакомимся с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Так что же принесли в мир тепловые машины – добро или зло. Давайте вместе размышлять, и при этом нам предстоит узнать:

Почему двигатель называют ДВС.

Устройство двигателя внутреннего сгорания.

Схему работы такого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания – очень распространенный вид тепловых двигателей. ДВС работают на жидком топливе или горючем газе.

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.

Запишем в конспект:

Рассмотрим устройство ДВС:

Рис. 7. Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель состоит из цилиндра 1, в котором перемещается поршень 2, соединенный при помощи шатуна 3 с коленчатым валом 4. На валу укреплен тяжелый маховик 5 для уменьшения неравномерности вращения вала. В верхней части цилиндра имеются два клапана 6 и 7, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 6 поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 8, а через клапан 7 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.

Рассмотрим принцип работы ДВС.

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 (в некоторых – за 2) хода поршня или такта. Поэтому такие двигатели называются четырёхтактными (двухтактными). Рассмотрим более подробно каждый такт.

1 такт – впуск : при повороте вала поршень опускается вниз. Объём над поршнем увеличивается, в цилиндре создается разрежение, впускной клапан открывается и в цилиндр входит горючая смесь. В конце такта цилиндр заполняется горючей смесью и впускной клапан 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, которую дает свеча 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 – выпуск: в конце 3 такта выпускной клапан открывается и через него продукты сгорания выходят в атмосферу. В течение такта поршень движется вверх. В конце такта выпускной клапан закрывается.

Внимание на экран, - посмотрим компьютерную анимацию работы ДВС.

Рис. 8. 4 такта работы двигателя внутреннего сгорания

Итак, цикл двигателя состоит из 4 тактов.

Давайте вспомним их ещё раз и запишем в тетради :

1 такт – впуск

2 такт – сжатие

3 такт – рабочий ход

4 такт – выпуск

Учитель . Что происходит дальше при вращении колен­чатого вала?

Ученик . Такты повторяются.

Учитель . Но существуют не только такие (карбюраторные) двигатели внутреннего сгорания, а еще и дизельные двигатели.

«Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия сконструировал в 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель (Рис. 9).

Рис. 9. Рудольф Дизель

По имени изобретателя этот двигатель назван дизе­лем (Рис. 10).

Рис. 10. Стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель, Германия , Аугсбург , 1906

Учитель . Кроме рассмотренных тепловых двигателей, существует их широкое разнообразие, с некоторыми из них мы еще будем знакомиться в дальнейшем при изучении физики, такими как:

двигатели внутреннего сгорания;

V . Решение задачи.

Тепловой двигатель получил от нагревателя 200 МДж энергии, а отдал холодильнику – 120 МДж . Определить работу, которую выполнил двигатель и его КПД .

Дано: СИ: Решение:

Q ₁ = 200 МДж 2*10 8 Дж

Q ₂ = 120 МДж 1,2*10 8 Дж

А= Q ₁ – Q ₂ – работа тепловой машины.

А= 2*10 8 Дж –1,2*10 8 Дж=0,8*10 8 Дж.

η =А/ Q ₁ – коэффициент полезного действия.

η = (0,8*10 8 Дж/2*10 8 Дж)*100%=40%.

Ответ: А= 0,8*10 8 Дж; КПД= 40%.

VI . Сферы применения тепловых двигателей и экологические проблемы их использования.

«1. Применение тепловых двигателей чрезвычайно раз нообразно.

Двигатели внутреннего сгорания приводят в движение самолеты, теплоходы, автомоб или, тракторы, тепловозы, их устанавливают на речных и морских судах.

Паровые и газовые турбины нашли широкое применение на тепловых электростанциях, в качестве судовых двигателей, газовые турбины широко применяются в авиационных двигателях. Реактивные двигатели применяются в авиации, ракетостроении.

2. С развитием энергетики, автомобильного и других видов транспорта всё более сложной проблемой становится охрана окружающей среды от вредного влияния продуктов сгорания. Это связано с действием различных факторов:

при сжигании топлива используется кислород из атмосферного воздуха;

сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа;

Учитель . Как вы думаете, что нужно сделать для того, чтобы избежать экологических проблем?

Ученики . Посадка лесов и сокращение их вырубки; установка фильтров на двигатели; переход на экологически чистые виды топлива; создание электромобилей или автомобилей, работающих на солнечных батареях и т.д.

VII . Итоговое закрепление изученного на уроке.

Учитель. Ну, а сейчас давайте ещё раз коротко повторим то, с чем мы познакомились на сегодняшнем уроке.

Какие машины называют тепловыми двигателями?

Какие виды тепловых двигателей вы знаете?

Что является нагревателем двигателя внутреннего сгорания?

Что является холодильником двигателя внутреннего сгорания?

Из скольких тактов состоит цикл двигателя внутреннего сгорания?

После опроса, предлагаются индивидуальные бланки с тестами и графическим заданием, находящиеся на столах у ​​ учащихся (Приложение 1).

Результаты вносить в бланк, который в конце урока сдать на проверку.

VIII. Подведение итогов урока.

IX. Домашнее задание. Выучить § 15,16; повторить конспект в тетради.

IX. Рефлексия.

Учащиеся по очереди высказывают по одной фразе, выбирая начало фразы из рефлексивного экрана:

Сегодня на уроке я узнал (а) .

Было интересно .

Было тяжело .

Я выполнял (а) задание .

Я понял (а), что .

Теперь я могу .

Я почувствовал (а), что .

Я приобрел (а) .

Я научился (лась) .

У меня получилось .

Я попробую .

Меня удивило .

Урок дал мне для жизни .

Мне захотелось .

Мне очень понравилось .

Приложение 1.

_____Класс_________________ Фамилия

Вариант 1

1. КПД тепловой машины равен 20%. Это означает, что от энер­гии, выделившейся при полном сгорании топлива,

1) 20% идет на совершение полезной работы;

2) 80% идет на совершение полезной работы;

3) 20% преобразуется во внутреннюю энергию пара;

4) 20% преобразуется во внутреннюю энергию деталей.

2. В двигателе внутреннего сгорания

1) механическая энергия полностью превращается во внутреннюю;

2) внутренняя энергия топлива полностью превращается в ме­ханическую;

3) механическая энергия частично превращается во внутреннюю;

4) внутренняя энергия топлива частично превращается в меха­ническую энергию.

3. Какие двигатели из перечисленных ниже называют тепловыми?

A. Двигатель внутреннего сгорания. Б. Паровая турбина.

B. Реактивный двигатель.

1) Только А. 3) Только В.

2) Только Б. 4) А, Б и В

4. В двигателе внутреннего сгорания клапаны закрыты, газы, об­разовавшиеся при сгорании горючей смеси, давят на поршень и тол­кают его. Как называется этот такт?

Вариант 2

1. КПД двигателя внутреннего сгорания равен 40%. Это означа­ет, что от энергии , выделившейся при полном сгорании топлива,

1) 40% идет на совершение полезной работы;

2) 60% идет на совершение полезной работы;

3) 40% преобразуется во внутреннею энергию пара;

4) 40% преобразуется во внутреннюю энергию деталей.

2. В тепловой машине.

1) механическая энергия полностью превращается во внутрен­нюю энергию;

2) внутренняя энергия топлива полностью превращается в механическую энергию;

3) внутренняя энергия топлива частично превращается в механическую энергию;

4) механическая энергия частично превращается во внутрен­нюю энергию.

3. Расширяясь, газ может совершить работу и при этом охла­диться. В каком из названных ниже двигателей используется это явление?

A. Реактивный двигатель. Б. Паровая машина.

B. Двигатель внутреннего сгорания.

4) Во всех трех перечисленных двигателях.

4. В двигателе внутреннего сгорания клапаны закрыты, поршень движется, сжимая горючую смесь. Как называется этот такт?

5. Напишите названия частей двигателя внутреннего сгорания.

Читайте также:

  
• Художник и его палитра конспект урока и презентация
  
• 1 гайсултанов экскурсии 3 класс конспект урока
  
• Животные осенью конспект урока 3 класс 8 вид
  
• Конспект занятия по сказкам чуковского в средней группе
  
• Музыка 6 класс конспект фортуна правит миром