Урок: Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания
1. Виды энергии и машины
На этом уроке мы рассмотрим работу газа и пара при расширении, а также изучим двигатель внутреннего сгорания.
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.
2. Опыт с работой пара при расширении
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.
Вначале рассмотрим следующий простой опыт. Возьмём пробирку, нальём туда немного воды и заткнём её пробкой. Затем начнём эту пробирку нагревать. Через некоторое время пар, образовавшийся в этой пробирке от закипающей жидкости, вытолкнет пробку наружу (Рис. 1). Что же произошло? Это следствие работы пара. То есть пар получил энергию от сожженного топлива при нагревании и, расширяясь, совершил полезную работу.
Если теперь вместо пробирки взять металлический цилиндр, а вместо пробки – поршень, то получится простейший тепловой двигатель.
3. Тепловая машина Герона и паровой двигатель Уатта
Определение
Тепловой двигатель – это устройство, которое преобразует внутреннюю энергию топлива в механическую работу.
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.
Кроме того, первый паровоз оказался довольно тяжелым: он был массой около пяти тонн, и, когда он двигался по рельсам, которые тогда использовались для передвижения конки, рельсы и шпалы начинали ломаться. В дальнейшем был построен другой паровоз, который использовался как аттракцион: катал людей в вагонах в парке.
