Кпд теплового двигателя 8 класс презентация и конспект

Обновлено: 07.07.2024

Какие устройства называются тепловыми двигателями? (Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.)
Можно ли огнестрельное оружие отнести к тепловым двигателям? (Да. Энергия сгоревшего пороха переходит в механическую энергию снаряда.)
Можно ли человеческий организм отнести к тепловым двигателям? (Да.)
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.)
Изменяется ли температура пара в турбине? (Да, она уменьшается.)
Все ли тепловые двигатели одинаково рентабельны? (Нет, не все, есть более экономичные, например дизельный двигатель.)

III. Изучение нового материала.

Обычно, рентабельность двигателей определяется их КПД. (Коэффициентом полезного действия.)

Физический словарик.

Коэффициент (от лат coefficientis) обычно постоянная или известная величина – множитель при переменной или известной величине./

. Что мы называли коэффициентом полезного действия при изучении механики? (Отношение полезной работы к работе затраченной.)

( h = А _п / А_з записать формулу на доске).

При работе тепловых двигателей механическая работа совершается за счет превращения внутренней энергии горения топлива в механическую энергию.

Т.е. то, производя математические преобразования основной формулы ή получим новые формулы для расчета КПД теплового двигателя: (учащиеся на местах, а затем у доски производят необходимые преобразования).

Совершая работу, тепловой двигатель использует лишь некоторую часть той энергии, которая выделяется при сгорании топлива.

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

КПД теплового двигателя находят по формуле

где Q – количество теплоты, полученное в результате сгорания топлива; А – работа, совершаемая двигателем.

Задание: стр. 56–57 учебника, найти определение и формулу для расчета КПД теплового двигателя. В чем сходство или отличие данных понятий?

Кроме того КПД теплового двигателя можно вычислять по формулам:

Рассмотрим характеристики некоторых, наиболее используемых тепловых двигателей

Характеристики тепловых двигателей (Слайд 5)

карбюраторный

3 × 10 5

. 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:

Применение тепловых машин и проблемы охраны окружающей среды (Слайд 6)

При сжигании топлива в тепловых машинах требуется большое количество кислорода. На сгорание разнообразного топлива расходуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелеными 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 всем 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).

IV. Закрепление.

Качественные задачи: (Слайд 7)

1. Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли решил ученик задачу? (Нет. КПД теплового двигателя не может быть больше 100% или равен 100%)

2. КПД теплового двигателя 45%. Что означает это число? (45% энергии идет на совершение полезной работы, а 55% энергии тратится впустую на обогрев атмосферы, самого двигателя и т.д.)

3. Может ли КПД теплового двигателя быть равен 1,8; 50; 4; 90; 100%? (КПД теплового двигателя всегда меньше 100%)

4. Задача для любителей биологии: (Слайд 8)

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? (20% энергии тратится на полезную работу; 80% энергии мышцы тратят впустую.)

5. Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдает холодильнику энергию 800 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя? (20%)

Попробуйте решить данную задачу самостоятельно, а в помощь я напомню вам общую схему теплового двигателя. (Затем разобрать решение у доски).

обратной стороны на доске)

6. Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя энергию, равную 1000 Дж, и отдает холодильнику энергию 700 Дж. Чему равен КПД теплового двигателя? (30%) (Решить самостоятельно.)

V. Итог урока (повторить основные понятия и формулы).

§ 24; вопросы на с.57; индивидуальные карточки с задачами; всем желающим – составить ребус или кроссворд по изученной теме.

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

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ Применение тепловых двигателей (Приложение 2).ppt

Описание презентации по отдельным слайдам:

Применение тепловых двигателей

На железной дороге

На водном транспорте

В автомобильном транспорте

В сельском хозяйстве

Тепловые двигатели играют положительную роль в жизни и развитии человечества

Кроме положительного эффекта от использования тепловых двигателей проблема имеет и другую сторону – загрязнение окружающей среды

Воздух Вредные вещества в отработанных газах, твердые частицы поднимаемые с пылью колесами автомашин Почва Отходы, загрязненные нефтепродуктами, сажевые частицы, образовавшиеся при стирании автошин на дорогах Вода Стоки с автомоек, гаражей, стоянок, АЗС, автодорог. Хлориды, используемые для борьбы с гололедом

1 тонна бензина сгорая выделяет 500-800г. вредных веществ в виде выхлопных газов. Их доля увеличивается в десять раз когда двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости. При стирании автомобильных покрышек об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, которая опасна для здоровья человека. Автомобиль расходует большое количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года.

Для уменьшения загрязнения окружающей среды делают следующее:

Сокращают количество вредных веществ выбрасываемых в атмосферу Устанавливают на автомобили устройства, задерживающие часть вредных выбросов Проводят частые техосмотры, т.к. от состояния двигателя зависит загрязнение атмосферы Делают более доступным ремонт автомобилей

Использовать транспортные средства, которые потребляют меньше горючего

Увеличить количество электромобилей, автомобилей работающих на сжиженном газе

Озеленить города, т.к. растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород

Каждый человек в ответе за состояние зеленой природы перед будущим. Если не думать о последствиях своей деятельности можно нанести природе невосполнимый ущерб, а то и погубить ее, а значит и жизнь на Земле

Выбранный для просмотра документ УРОК ФИЗИКИ 8 КЛАСС (конспект №2).doc

УРОК ФИЗИКИ.

Учитель: Гамзулин С.Л.

Цели:

Формировать понятия: тепловой двигатель, КПД теплового двигателя, КПД идеальной тепловой машины.

Дать представление о роли тепловых двигателей в развитии техники.

Выявить экологические проблемы использования тепловых машин.

Организационный момент.

Актуализация знаний:

В одно мгновенье видеть вечность,
Огромный мир - в зерне песка,
В единой горсти - бесконечность,
И небо - в чашечке цветка!
И.А.Бунин

Фронтальный опрос (3 вопроса):

Какие три части включает в себя любой тепловой двигатель?

Ответ: нагреватель, рабочее тело и холодильник.

Чему равна работа теплового двигателя?

Из каких тактов состоит цикл работы четырёхтактного двигателя?

Ответ: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Объяснение нового материала:

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют отношение работы А’, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

η =A/Q ₁ =(Q ₁ -Q ₂ )/Q ₁

Так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передается холодильнику, то η

Законы термодинамики позволяют вычислить максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего с нагревателем, имеющим температуру Т ₁ и холодильником с температурой Т ₂ . Впервые это сделал французский инженер и ученый Сади Карно .

Карно придумал идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела.

Карно доказал, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру T ₁ , и холодильником с температурой Т ₂ , не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

Формула по которой рассчитывается максимальный КПД:

η _max =(Т ₁ -Т ₂ )/Т ₁

Согласно третьему закону термодинамики , невозможен процесс, в результате которого тело могло бы быть охлаждено до температуры абсолютного нуля. Следовательно, максимальный КПД не может быть равным 100%.

Теперь рассмотрим сферы, где нашли применение тепловые двигатели (показ слайдов презентации приложения 2 ). Они, как видите очень разнообразны: от мопедов до ракет.

Подведение итогов урока: обобщение, оценивание работы учеников.

Задание на дом: §26 прочитать, ответить на вопросы в конце параграфа (устно), задачи №4 и №5 из упражнения №13 (письменно).

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:

После того как вы поделитесь материалом внизу появится ссылка для скачивания.

Подписи к слайдам:

Использовать внутреннюю энергию – значит совершить за счет неё полезную работу!

Цилиндр
Поршень
Шатун
Коленчатый вал
Маховое колесо
Клапан (впуск)
Клапан (выпуск)
Свеча

- вид теплового двигателя, где топливо сгорает прямо в цилиндре, а сам двигатель работает на жидком топливе или горючем газе.

Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня

один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4такта)

3 такт –рабочий ход

Использование ДВС Паровая турбина

- двигатель, в котором пар или нагретый газ вращает вал без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала

Вал с диском
Лопатки (на диске)
Сопла, в которые поступает пар из котла

струи пара давят на лопатки и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение

использование паровых турбин

- создает необходимую для движения силу тяги за счет преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию рабочего тела (потока исходящего пара)

КПД теплового двигателя

большая часть энергии топлива теряется в окружающем пространстве (70-75%), остальная идет на совершение механической работы (30%)

Читайте также: