10 А класс.
Тема: Применение газов в технике.
Цели урока:
Образовательные:
- вспомнить свойства газов.
- дать понятие о применении газов в быту и технике.
Развивающие:
- умение применять знания теории на практике;
- наблюдательность, самостоятельность;
- продолжить формирование представлений о единстве и взаимодействии явлений природы.
Ход урока:
- . Назвать неизвестную физическую величину и саму формулу:
1. p = ? k T
2. p V = ? R T
3. T = 273 + ?
4. p = ? n E k
5. p = 1/3 m0 n?
Устный опрос.
1. Какие термодинамические параметры характеризуют состояние газа?
2. Что называется уравнением состояния идеального газа.
3. Сколько параметров газа могут претерпевать изменения в уравнении Менделеева – Клайперона?
4. Как называют процессы, которые протекают при неизменном значении одного из параметров?
5. Какой процесс называют изотермическим?
6. Какой процесс называют изобарным?
7. Какой процесс называют изохорным?
Заполнить таблицу:
Процесс
Автор закона
Математическое выражение закона
Постоянная величина
График изменения макроскопических параметров
V 1 /T 1=V 2 /T2
Шарль
V= const
Изотермический
Газы обладают рядом свойств, которые делают их незаменимыми в очень большом числе технических устройств. Все особенности поведения газов, позволяющие использовать их на практике , можно установить с помощью уравнения состояния.
Газ – сжатое упругое тело.
Как следует из уравнения состояния, давление, оказываемое газом на стенки сосуда, равно
p=m/M*RT/V
это давление исчезает лишь при T→0 (газа прочти нет) или V→ ( газ неограниченно расширился), а также при T→0 ( молекулы газа не движутся).
Сила давления газа на стенки F = pS, представляет собой частный вид силы упругости. Газ подобен пружине, которая всегда сжата. Важно, что газ малой массы способен создавать сравнительно большое давление.
Большая сжимаемость газов.
Газы, особенно при давлении, близких к атмосферному, по сравнению с жидкостями и твердыми телами, легко сжимается это означает, что небольшое изменение давления заметно меняет их объем. И, наоборот, значительное изменение объема не приводит к большому изменению давления.
Благодаря большой сжимаемости газа сила его давления мало меняется при расширении или сжатии. Поэтому газ, толкая поршень, совершает значительную работу на большом отрезке пути.
Хорошая сжимаемость газов позволяет запасать их в больших количествах в баллонах, удобных для хранения. Сжатый природный газ транспортируется по трубам на расстояния в тысячи километров.
Зависимость объема газа от температуры.
Объем газа значительно увеличивается при уменьшении температуры. При нагревании на 10С объем газа при постоянном давлении увеличивается в сотни раз больше, чем объем жидких и твердых тел.
Все перечисленные свойства газов используются в технике:
Газовые пружины очень обширны: механизмы трансформации мягкой мебели (диванов, кроватей), в механизмах трансформации кроватей в шкаф, дверцы кухонных шкафов, офисная мебель, тумбочки под аудио-видео технику, крышки багажника и капота автомобиля, багажника междугороднего и туристического автобуса, окна, дверцы и люки - кабины трактора, откидные плиты автолавки, окна на крыше и в мансарде, маркизы, спортивные тренажеры, крышки и кожухи полиграфического и фотокопирующего оборудования, защитные колпаки и устройства звукоизоляции станков, тяжелые люки в коммунальном хозяйстве, стеклянные дверцы магазинных витрин и т.п.
Газ – амортизатор.
Свойство газа не сохранять свою форму, малая его плотность и возможность регулировки давления делают газ одним из самых совершенных амортизаторов.
Вот так работают автомобильные или велосипедные шины. Когда колесо наезжает на бугорок, шина с находящимся в ней воздухом деформируется и толчок получаемый осью колеса, значительно смягчается. Если бы шина была жесткой, то ось подпрыгнула бы вверх на высоту бугорка или еще больше.
Газ – рабочее тело двигателей.
Большая сжимаемость газов и ярко выраженная зависимость их давления и объема от температуры делают газ «удобным » рабочим телом в двигателях , работающих на сжатом газе, и в тепловых двигателях.
В двигателях, работающих на сжатом газе, в частности на сжатом воздухе, газ или воздух при расширении вследствие хорошей сжимаемости совершает работу почти при постоянном давлении. Сжатый воздух, оказывая давление на поршень, открывает двери в автобусах, поездах метро и электричках. Сжатым воздухом приводят в движение поршни воздушных тормозов железнодорожных вагонов и грузовиков.
В двигателях внутреннего сгорания на автомобилях, тракторах, самолетах и в реактивных двигателях в качестве рабочего тела, приводящего поршень, турбину или ракету в движение, используют газы высокой температуры.
При сгорании горючей смеси в цилиндре температура резко увеличивается, давление на поршень растет и газ, расширяясь, совершает работу.
Любое огнестрельное оружие в сущности является тепловой машиной. Рабочее тело здесь – газ (продукты сгорания взрывчатых веществ). Сила давления газа выталкивает пулю из канала ствола или снаряд из дула орудия. Эта сила совершает работу на всей длине канала. Про этому скорости пули и снаряда оказываются огромными: сотни метров в секунду.
Пневмосистемник
Автомобили, в которых перевозят грузы, помимо увеличения грузоподъемности возникает дополнительный потенциал скомпенсировать неравномерное распределение груза в автомобиле
Пневматический молоток и другие пневматические инструменты приводятся в движение сжатым воздухом.
Вакуумные приборы
- Вакуумный диод. Катод и анод впаяны в стеклянный баллон, внутри которого создан высокий вакуум.
- Вакуумный триод содержит кроме катода и анода еще третий электрод — управляющую сетку.
3. Электронная пушка - вакуумное устройство (обычно диод) для получения пучков электронов.
4. Электронно-лучевая трубка состоит из термокатода К, анода А и нескольких металлических колец. Электроны вылетают из катода, нагреваемого электрическим током, а электрическое поле металлических колец (фокусирующего устройства) сводит их в узкий пучок—электронный луч.
5. Электронный осциллограф – это электроннолучевая трубка, применяемая для исследования быстропротекающих электрических процессов .
6. Рентгеновская трубка. Рентгеновские лучи испускаются любым веществом, которое бомбардируется быстрыми электронами.
7. Электронно-оптический преобразователь (ЭОП). ЭОП – это вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в ИК, УФ и рентгеновских лучах) в видимое, либо для усиления яркости видимого изображения.
8. Электронный проектор – это авто - электронный микроскоп, безлинзовый электронно-оптический прибор для получения увеличенного изображения поверхности твердого тела в 105-106 раз.
9. Электронограф - прибор для исследования атомного строения твердых тел и газовых молекул методами электронографии.
Разжиженные газы.
Полезные свойства газов, с успехом используемые в технике, в некоторых случаях играют отрицательную роль. От газа трудно избавиться, т.е. получить газ в сосуде при очень низком давлении – в состоянии вакуума, когда молекулы газа сталкиваются не друг с другом, а только со стенками сосуда.
В настоящее время при температуре 30К достигнуты давления до 10-12 Па. При охлаждении до температуры жидкого гелия (5 К) давление должно было бы составлять 10-31 Па. Такое давление уже невозможно измерить. Концентрация газа при таком давлении приблизительно равно 3*10-11м-3. Это означает, что, например, через куб со стороной 1 м пролетит молекула 1 раз в 3 года. Даже давление в межгалактическом космическом пространстве намного больше: 10-27 Па. А внутри нашей галактики давление составляет 10-15 Па
Задание на дом: §4.6 Приготовить слайды по теме.
