«Тепловые двигатели» ЦЕЛИ Образовательные Помочь

«Тепловые двигатели»
ЦЕЛИ
Образовательные

Помочь учащимся усвоить принцип действия теплового двигателя, сформировать навык
решения задач данной темы.

Продолжить формирование умения характеризовать явления и процессы, происходящие
с идеальным газом.
 Организовать деятельность учащихся по первичному закреплению понятий данной темы.
Развивающие
 Развития логического мышления, памяти, воображения.

Развивать умения анализировать, выделять главное, делать выводы.
Воспитательные
 Формирование научного мировоззрения на материале данного урока.
Формировать интерес учащихся к изучению физики.
(Термодинамика возникла как наука об использовании теплоты для получения
работы. Её задача состояла в создании наиболее экономичных тепловых
двигателей)
Тема нашего урока: «ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ»
Цели урока: 1. Понять устройство и принцип действия тепловых машин
2. Научиться вычислять КПД двигателя
3. Научиться решать задачи по данной теме
Прежде чем перейти к непосредственному рассмотрению новой темы повторим домашнее задание
и ответим на некоторые вопросы, которые помогут нам при изучении нового материала.
Что называется внутренней энергией тела?
Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?
Сформулируйте 1-й закон термодинамики?
Как найти работу газа при изобарном процессе?
При каком процессе работа газа равна нулю?
Дайте геометрическое истолкование работы газа?
При каком условии работа газа положительна?
При каком условии работа газа отрицательна?
Масса воды в мировом океане ≈1018т. При её охлаждении на 10К выделилось бы
примерно 1024Дж теплоты, что эквивалентно полному сжиганию 1014т угля.
Железнодорожный состав, нагруженный этим количеством угля, растянулся бы
на расстоянии 1010км, что примерно совпадает размерами Солнечной системы.
Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах огромны, практически неограниченны, но располагать
запасами энергии недостаточно. Нужно уметь за счет энергии приводить в движение станки на заводах,
транспорт, вращать роторы генераторов электрического тока и т.д.
Человечеству нужны двигатели-устройства, способные совершать работу.
Большая часть двигателей на Земле - тепловые двигатели.
Тепловые двигатели-устройства, превращающие внутреннюю
энергию топлива в механическую энергию.
Приведите примеры тепловых двигателей.
Рассмотрим принцип действия теплового двигателя:
Как известно газ при расширении совершает положительную работу и способен вызвать перемещение
поршня.
Газ, расширение которого вызывает перемещение поршня, называют рабочим телом.
При каком условии газ будет самопроизвольно расширяться?
(Ответ: Если давление газа больше атмосферного давления, т.е. рг>ра)
Когда рг>ра
Ответ: (При высокой температуре газа.)
Т.о. его нужно нагреть. Нужен нагреватель. Что происходит с давлением газа при расширении?
(Ответ: Давление газа при расширении уменьшается.)
Когда газ перестанет расширяться и передвигать поршень?
(Ответ: при рг=ра)
Т.о. при рг=ра газ перестанет расширяться и совершать работу.
Что необходимо выполнить, чтобы работа теплового двигателя не прекращалась?
(Ответ: снова сжать газ, т.е. вернуть поршень в исходное положение.)
Может ли процесс сжатия происходить самопроизвольно?
(Ответ: Нет. Сжатие может происходить только под действием внешней силы.)
Какую работу при сжатии совершает газ?
(Ответ: Отрицательную.)
Т.о. чтобы тепловой двигатель работал непрерывно, после расширения газа, его надо сжать внешней силой,
вернуть его в исходное состояние. Если процесс сжатия будет происходить при той же температуре Т 1, как
будет выглядеть участок на графике в системе координат (ρ,V)?
Чему будет равна работа газа за цикл в этом случае?
(Ответ: А=0, т.к. по абсолютному значению А сжатия =А расширения.)
Итак, для получения полезной работы, необходимо, чтобы сжатие происходило при более низкой
температуре.
Для этого газ приводят в контакт с холодильником-телом, имеющим более низкую температуру.
В используемых на практике двигателях совершивший работу газ (или пар) не охлаждают перед
последующим сжатием, а выпускают из двигателя и следующий рабочий цикл начинают с новой порцией
газа.
Отработанный газ имеет более высокую температуру, чем окружающие тела, и он передаёт им некоторое
количество теплоты.
Т.о. холодильником является атмосфера. У паровой турбины в качестве холодильника может служить
специальное устройство для охлаждения и конденсации обработанного пара - конденсаторы.
Итак Наличие нагревателя, рабочего тела и холодильника - необходимое условие для непрерывной работы
любого теплового двигателя.
η= =
=1-
-
КПД теплового двигателя.
ВАЖНО! Ни один тепловой двигатель не может работать при одинаковой температуре его рабочего тела и
окружающей среды. Тепловой двигатель совершает работу за счет внутренней энергии в процессе перехода
теплоты от более горячих тел к более холодным.
Рабочее тело получает некоторое количество теплоты Q1 от нагревателя, часть этого количества теплоты
отдает холодильнику Q2.
Поэтому по закону сохранения энергии, совершенная работа А= Q1- [Q2]
Коэффициентом полезного действия (КПД) называется отношение полезной
работы А, совершенной двигателем, ко всей энергии Q1, полученной от
нагревателя.
η<1 всегда. Предложите способы
увеличения КПД теплового двигателя.
(Для повышения КПД нужно уменьшать Q2
и увеличивать . Q1)