Конспект + презентация урока Физики Тепловые двигатели

• Один из способов изменения внутренней энергии тела

( теплопере д ача ).

2. Источник энергии, используемый в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту

( топли в о ).

• Кинетическая, потенциальная, внутренняя

( энерг и я ).

• Дерево даешь – съедает, от воды – умирает

( о г онь ).

5. От этой величины зависит скорость движения молекул

( темпер а тура ).

6. Единица измерения мощности

( Ват т ).

7. Процесс соединения молекул горючего с кислородом, при котором выделяется энергия

( гор е ние ).

8. Единица измерения энергии

( Джоу л ь ).

9. Один из видов теплопередачи которое получаем от солнце

( и злучение ).

ТЕМА УРОКА: Тепловые двигатели

• ЦЕЛИ УРОКА:
• Формирование понятий и представлений о тепловом двигатели, его видах, принципе действия двигателя внутреннего сгорания, КПД теплового двигателя.
• Развитие логического мышления, памяти, способности находить оптимальный путь выполнения поставленной задачи; умения правильно объяснять физические понятия и явления; совершенствование навыков работы с персональным компьютером.
• Экологическое воспитание.

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

Типы тепловых двигателей:

( устанавливаются на всех ТЭС, АЭС, водном транспорте, ж/д транспорте в настоящее время практически вытеснены).

Паровые турбины.

Двигатели внутреннего сгорания.

(автомобильный транспорт, авиация, с/х и строительная техника).

Реактивные двигатели.

(авиация, космонавтика).

Хронология изобретений тепловых двигателей

1690 – пароатмосферная машина Д.Папена

1705 - пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты

1763-1766 – паровой двигатель И.И.Ползунова

1784 – паровой двигатель Дж.Уатта

1865 – двигатель внутреннего сгорания Н.Отто

1871 – холодильная машина К.Линде

1897 – двигатель внутреннего сгорания Р.Дизеля (с самовоспламенением)

Паровая турбина — вид парового двигателя, в котором струя пара, действуя на лопатки ротора, вызывает его вращение.

История турбин – это история водяного колеса.

Водяное колесо с лопатками 16 века

Водяное колесо де ля – Фе, 1740 год.

Водяное колесо 14 века

Сегнерово колесо 1750 год

Колесо Поиселя, 1825 год

Турбины

Паровая турбина Лаваля,1889год.

Турбина Каплана, 1900год.

Турбина Эйлера, 1754 год.

Турбина современной ГЭС

Пароатмосферная машина Д.Папена

Создатель первой поршневой паровой машины - 1690 год

Пароатмосферная машина Д.Папена

Пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты

В 1711-1712 гг. английский изобретатель кузнечный мастер Томас Ньюкомен построил первую паровую (пароатмосферную) машину поршневого типа.

Пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты

Паровой двигатель И.И.Ползунова

В апреле 1763 г. Ползунов демонстрировал работу огнедействующей машины"

для заводских нужд»

Паровой двигатель Дж.Уатта

• В 1781 г. Джеймс Уатт получил патент на изобретение второй модели своей машины.
• В 1782 г. эта замечательная машина, первая универсальная паровая машина «двойного действия», была построена.

Паровой двигатель Дж. Уатта

Двигатель внутреннего сгорания Н.Отто

К  1863 году был готов первый образец атмосферного газового двигателя с поршнем от авиационного мотора и ручным стартером, работавшим на смеси бензина и воздуха.

Двигатель внутреннего сгорания Н. Отто

Холодильная машина К.Линде

Назначение премии за изобретение холодильной машины по выкристаллизации парафина побудило профессора в 1870 году вплотную заняться теорией тогда еще не существовавшей холодильной отрасли. Тремя годами позже в аугсбургской пивоварне была опробована первая опытная паровая машина фон Линде, в которой в качестве хладагента  использовался метилэфир. Тогда же профессор получил в земле Бавария патент на свое изобретение, а 9 августа 1877 года — уже имперский патент на машину «второй конструкции», работавшую на аммиаке.

Холодильная машина К. Линде

Двигатель внутреннего сгорания Р.Дизеля (с самовоспламенением)

1878 – 1888 гг. Рудольф Дизель работает над созданием двигателя принципиально новой конструкции. В голову ему приходит создание абсорбционного двигателя, работавшего на аммиаке, а в роли топлива должна был выступать специальная пудра, полученная из каменного угля.

Двигатель внутреннего сгорания

Первый четырехтактный ДВС работал на газе. Изобрел его в 1878 году немецкий физик самоучка Николай Отто.

• Позже его коллеги Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах

в 1885 году построили карбюраторный ДВС, работавший на бензине.

• Карбюраторный ДВС имеет карбюратор-устройство, в которое поступают бензин и воздух, при этом получается горючая смесь .

4 такта двигателя

• 1 такт-в результате движения поршня вниз происходит всасывания через впускной клапан горючей смеси, выпускной клапан закрыт.

• 2 такт-поршень сжимает горючую смесь, она нагревается и поджигается электрической искрой от свечи.

• 3 такт-раскаленные газы-продукты сгорания горючей смеси-давят на поршень и толкают его вниз.Движение поршня с помощью шатуна передается коленчатому валу.

• 4 такт-поршень поднимается вверх и выталкивает отработанные газы через выпускной клапан,который в это время открывается

График изменения состояния газа в цилиндре ДВС на р, V- диаграмме .

• 1,2-Впуск
• 2,3-Сжатие
• 3,4-Рабочий ход
• 4,5,6,7-выпуск

• Малая масса, компактность, сравнительно высокий кпд (25—30%) обусловили широкое применение карбюраторных двигателей. Они приводят в движение автомобили, мотоциклы, моторные лодки, применяются в бензопилах.
• Но есть и недостатки: работают на дорогом высококачественном топливе, довольно сложны по конструкции, имеют большую скорость вращения вала двигателя, их выхлопные газы загрязняют атмосферу.

Четырёхтактный дизельный двигатель

Изобретён немецким инженером Рудольфом ДИЗЕЛЕМ(1858 – 1913) в 1897году.

Принципиальное устройство

Первый такт

П ри ходе поршня вниз через впускной клапан в цилиндр поступает атмосферный воздух .

Второй такт

П ри ходе поршня вверх воздух адиабатно сжимается до давления примерно 1,2*10 6 Па, что ведёт к повышению его температуры в конце такта до 500-700 0 С.

В сжатый раскалённый воздух впрыскивается с помощью топливного насоса и форсунки дизельное топливо . Из-за высокой температуры оно воспламеняется (причём горит дольше бензина).

Третий такт

О бразующиеся при горении газы давят на поршень и производят полезную работу во время движения поршня вниз. Давление расширяющегося газа поддерживается приблизительно постоянным. По окончании горения впрыснутой порции топлива происходит адиабатное расширение газа . В конце такта происходит открытие выпускного клапана, давление падает.

Четвёртый такт

П оршень движется вверх и выталкивает продукты сгорания в атмосферу .

График изменения состояния газа в цилиндре ДД на р, V- диаграмме.

Изобара 1-2 - 1 такт

Изобара 2-3 - 2 такт

И зобара 3-4 , изотерма 4-5 , изохора 5-6 - 3 такт

И зобара 6-7 - 4 такт

Преимущества дизельного двигателя:

Б ольш ой КПД (35-40%).

Низкий расход топлива

Дешёвое топливо

Большой крутящий момент

Недостатки дизельного двигателя:

Более низкая мощность, по сравнению с бензиновыми двигателями

Более высокая масса

Ракетный двигатель

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, реактивный двигатель, не использующий для работы окружающую среду (воздух, воду). Распространены химические ракетные двигатели (разрабатывают и испытывают электрические, ядерные и другие ракетные двигатели). Простейший ракетный двигатель работает на сжатом газе. По назначению различают разгонные, тормозные, управляющие и др. Применяют на ракетах (отсюда название), самолетах и др. Основной двигатель в космонавтике.

Вред наносимый окружающей среде

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.

• Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
• Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.
• В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.
• А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу два-три тонн свинца.

Выбросы вредных веществ в атмосферу- не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.

Уменьшение загрязнений окружающей среды.

• Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды- использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород. Равномерное движение машин, ликвидация заторов
• Установление предельной скорости движения в городе 60 км/ч
• Вывод из городской черты грузовых потоков
• Своевременное устранение неисправности двигателей

Схема теплового двигателя

Нагреватель Т 1

Q 1

Рабочее тело (газ)

A = Q 1 - Q 2

Q 2

Холодильник Т 2

Токсичность соединений свинца Р b (С 2 Н 5 ) 4

• Действует на нервную систему
• Вызывает умственную отсталость
• Заболевания мозга
• Дезактивирует ферменты

Pb(C 2 H 5 ) 4 + 4KI ------ 4 C 2 H 5 K + PbI 4

Pb 4+ + 4I - ------ PbI 4

желтого цвета

Безопасный уровень в крови

0,2- 0,8 × 10 -4 %

• Какие машины называют тепловыми двигателями? 2. Какие виды тепловых двигателей вы знаете? 3. Что является нагревателем двигателя внутреннего сгорания? 4. Что является холодильником двигателя внутреннего сгорания? 5. Из скольких тактов состоит цикл двигателя внутреннего сгорания?

Задача: Уровень А №11,12,13 Уровень В № 4, 5, 6

Домашнее задание: §22-24

Задача: Уровень А №14 Уровень В № 9,10