Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина
На этом уроке мы познакомимся с такими устройствами, как двигатель внутреннего сгорания и паровая турбина. Мы в общем и целом познакомимся с их принципом действия.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина»
Один из самых распространённых видов теплового двигателя — это двигатель внутреннего сгорания. Почти все современные автомобили работают именно на двигателях внутреннего сгорания. Этот двигатель получил такое название, потому что топливо в нём сгорает прямо в цилиндре, т.е. внутри двигателя.
Чаще всего в качестве топлива в таких двигателях используется бензин, хотя также можно использовать керосин, дизель или горючий газ (например, пропан или бутан, которые используют в качестве топлива для экспериментальных автомобилей).
Упрощённая схема работы двигателя внутреннего сгорания такова: в нужный момент открывается клапан, и в цилиндре образуется смесь паров бензина и воздуха, которая воспламеняется и сгорает при сжатии. Часть газов являются отходами и выпускаются через другой клапан, а часть — расширяются. В результате расширения увеличивается давление, и газы начинают совершать работу, толкая поршень и коленчатый вал.
Таким образом, энергия сгоревшего топлива преобразуется в механическую энергию.
Другой довольно распространённый тип теплового двигателя — это паровая турбина. Схема её работы немного проще: на вал насажен диск, по ободу которого закреплены лопатки.
Пар, поступающий из котла, оказывает давление на эти лопатки, подобно тому, как ветер оказывает давление на парус, заставляя диск (а вместе с ним и вал) вращаться. Такие турбины применяются на электростанциях и кораблях.
Заметим, что для увеличения мощности того и другого типов двигателя, можно использовать не один а несколько цилиндров или дисков для вращения одного и того же вала, что и применяется в современной технике.
Урок по физике на тему» Паровая турбина.Двигатель внутреннего сгорания»
методическая разработка по физике (8 класс) по теме
Образовательная: ознакомить с принципом работы тепловой машины — паровой турбины; сформировать понятие КПД теплового двигателя, умение объяснять физические опыты и явления, работать над формированием навыков решения задач по теме
Развивающие: показать практическую значимость темы, установить взаимосвязь между изученным материалом и явлениями в жизни.
Воспитательная: обсудить проблемы использования тепловых двигателей в экологии; воспитывать умение использовать свой интеллект, волю, эмоции.
Оборудование: таблица “Тепловые машины”, мультимедийный проектор, модель ДВС.
1. Объявление цели и задачи урока
2. Опрос по домашнему заданию
Ответы на вопросы к параграфу 22(ДВС) на стр.55
Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.
Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания относится к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и так далее), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте.
История создания тепловых двигателей (Сообщения обучающихся)
История создания двигателей внутреннего сгорания. ( Презентации обучающихся)
В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1799 году он получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля, однако светильный газ годился не только для освещения.
В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения, стремительно расширяясь, оказывали сильное давление на окружающую среду — таким образом, оставалось только найти способ использования выделившейся энергии. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Затем газовоздушная смесь поступала в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он погиб, так и не успев воплотить в жизнь своё изобретение.
В последующие годы изобретатели из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной.
Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Решив возникшие по ходу проблемы (тугой ход и перегрев поршня, ведущий к заклиниванию) продумав систему охлаждения и смазки двигателя, Ленуар создал работоспособный двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году было выпущено более трёхсот таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над дальнейшим усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто и получившим патент на изобретение своей модели газового двигателя в 1864 году.
В 1864 году немецкий изобретатель Августо Отто заключил договор с богатым инженером Лангеном для реализации своего изобретения — была создана фирма «Отто и Компания». Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. Цилиндр двигателя Отто, в отличие от двигателя Ленуара, был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Принцип действия: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разреженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Однако самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто получил патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.
3. Изучение нового теоретического материала
В современной технике наряду с ДВС так же широко применяют и другой тип теплового двигателя – турбинные двигатели. Впервые об этой машине заговорил Лаваль, французский ученый в 1889 году. Особенность данного типа тепловой машины в том, что нагретый до высокой температуры пар в нем вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.
Состоит паровой двигатель из вала, на оси которого размещаются диски с лопастями.
Также как и в ДВС действие паровой машины основано на преобразование энергии: внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора.
Мощность паровой машины тем больше, чем больше дисков будет насажено на общий вал.
Границы применимости паровых машин: тепловые электростанции и морские суда: на автомобильном — поршневые двигатели внутреннего сгорания, на водном — двигатели.
Паровые турбины — устанавливаются на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели.
Паровые внутреннего сгорания и паровые турбины, на железнодорожном — тепловозы с дизельными установками, в авиации — поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта. Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть энергии, которая выделяется топливом. Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве.
Тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника.
Пар является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты.
Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу за счет внутренней энергии. Часть энергии передается атмосфере – холодильнику – вместе с отработанным паром или выхлопными газами.
КПД = Ап 100%/Аз или Q=Qп 100%/Qз
Ап – полезная работа.
Аз — затраченная (полная) работа.
Qп — количество теплоты, выделяющееся при сжигании топлива в камере сгорания ДВС).
Qз — количество теплоты, которое выходит в окружающую среду.
КПД всегда меньше 100%
КПД характеризует степень экономичности тепловой машины, выражается отношением полезной работы, полученной от нагревателя к затраченной, отданной холодильнику (окружающей среде)
4. Решение задач на закрепление . Примеры решения задач
В процессе работы тепловой машины за некоторое время рабочим телом было получено от нагревателя количество теплоты 1,5 МДж, передано холодильнику 1,2 МДж. Вычислить КПД машины.
В тепловой машине за счёт каждого килоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 300 Дж. Определить КПД машины.
Задачи для самостоятельного решения
«КПД тепловых двигателей»
1. Тепловая машина получает от нагревателя количество теплоты, равное 3360 Дж за каждый цикл, а холодильнику отдаётся 2688 Дж. Найдите КПД машины.
2. Найдите КПД тепловой машины, если совершается работа 250 Дж на каждый 1 кДж теплоты, полученной от нагревателя. Какое количество теплоты отдаётся холодильнику?
3. Тепловая машина за цикл получает от нагревателя 500 Дж теплоты и отдает холодильнику 350 Дж. Чему равен ее КПД ?
4. Двигатель мотоцикла за час расходует 2 кг бензина. Определить КПД двигателя мотоцикла, если его мощность 6 кВт.
Оценивание этапов решения задачи с применением математического закона (формулы)
- Записать условие задачи – 1 балл
- Перевести данные задачи в СИ – 1 балл
- Записать формулу для нахождения неизвестной величины – 1 балл
- При необходимости преобразовать формулу – 1 балл
- Вычисления, грамотное оформление ответа – 1 балл
Максимальная оценка за задачу – “5”
5. Задачи по карточке на дом
1. Относится ли огнестрельное оружие к тепловым двигателям?
2. Почему в паровой турбине температура отработанного пара ниже, чем температура пара, поступающего к лопастям турбины?
3. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за 1 ч работы израсходовал 14 кг бензина. Определите КПД двигателя.
Домашнее задание: п. 22-24, решить задачи по карточке
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Мультимедийный урок Двигатель внутренего сгорания
Мультимедийная разработка урока по общему устройству ДВС.Материал изучается на первом году обучения в 10-м классе по программе подготовки водителей категорий «В» и «С». Кратко представлены устройство.
Физика анимация интерактивная. Тепловые процессы. Двигатель внутреннего сгорания.
Интерактивная анимация двигателя внутреннего сгорания. Видеофрагмент работы двигателя внутреннего сгорания. http://www.askskb.net/ebook.html http://www.askskb.net/index.html http://www.inphysics.o.
урок 22 Работа газа при расширении двигатель внутреннего сгорания.ppt
для уроков в 8 классе.
Презентация урока по физике для 8 класса на тему «Двигатель внутреннего сгорания»
Презентация для 8 класса вечерней коррекционной школы.
Урок физики в 8 классе. Двигатель внутреннего сгорания.
Урок разработан с применением мультимедиа, что позволяет более полно рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей. Каждый этап сопровождается активной деятельностью учащихся, начинается .
Технологическая карта урока по физике в 8 классе по теме «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания. КПД.»
Технологическая карта составлена к уроку в 8 классе по теме «Работа газа и пара при расширении. Двигатели внутреннего сгорания. КПД». Прописана деятельность на уроке учителя и учащихся с учетом .
Урок физики в 8 классе на тему: «Двигатель внутреннего сгорания»
Урок физики в 8 классе на тему: «Двигатель внутреннего сгорания".