Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей

Истина – это то, что выдерживает проверку опытом.
А. Эйнштейн

Задачи урока:
Образовательная:
Ознакомить учащихся с устройством и принципом действия паровой турбины;
Познакомить с формулой расчета КПД тепловых двигателей.
2. Воспитательная:
Рассмотреть области применения тепловых двигателей и условия их эксплуатации.
3. Развивающая:
Формировать навыки логического мышления, умение обосновывать свои высказывания, делать выводы.

План урока:
Актуализация знаний.
Изучение нового материала.
Решение задач.
Итоги урока.
Домашнее задание.

Что общего у автобуса и самолета,
у автомобиля и ракеты?

Вывод:
Общим для них является двигатель и самый распространенный – тот, что работает за счет тепла, преобразуя тепловую энергию в механическую.

Тепловой двигатель
Смотри учебник физики под редакцией А. В. Перышкина стр. 52
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

Мир «огненных машин»
История изобретения паровых машин.
История изобретения турбин.
Паровозы Стефенсона и Черепановых.
Достижения науки и техники в строительстве паровых турбин.
Использование энергии Солнца на Земле.

История изобретения паровых машин
Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она использовалась в заводском производстве, а затем ее стали устанавливать на паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах.

Паровая машина Дэни Папена
В 1698 году он построил паровую машину, используя пороховой двигатель, заменив порох водой.

Томас Ньюкомен и его паровая машина
Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. После этого цикл повторялся.
Машина Ньюкомена оказалась на редкость удачной и использовалась по всей Европе более 50 лет.

Джеймс Уатт
В 1782 году Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Он использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара.
Паровая машина Уатта стала изобретением века, положившем начало к промышленной революции.

История изобретения турбин
В основе действия паровой турбины лежат два принципа создания усилия на роторе, известные с давних времен, реактивный и активный. В машине Бранке, построенной в 1629 году, струя пара приводила в движение колесо, напоминающее колесо водяной мельницы.

Паровая турбина Лаваля представляет собой колесо с лопатками. Пар под большим давлением вырывается из трубы (сопла), давит на лопатки и раскручивает колесо.

Паровая турбина Парсонса
Парсонс соединил паровую турбину с генератором электрической энергии. С помощью турбины стало возможно вырабатывать электричество, и это повысило интерес общества к тепловым турбинам. В результате 15-летних изысканий он создал наиболее совершенную по тем временам реактивную турбину.

Первое судно с паротурбинным двигателем – «Турбиния», - построенное Парсонсом в 1894 году развивало скорость около 59 км/час. С 1900 года турбины начали устанавливать на миноносцах, а после 1906 года все большие военные корабли оснащались турбинными двигателями.

Паровозы Стефенсона и Черепановых

Устройство паровоза
Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер — специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк-паровозом.

Первый паровоз, двигавшийся по рельсам был создан в 1804 году Тревитиком. Первая железная дорога, открытая в 1825 году между Стоктоном и Дарлингтоном, обслуживалась паровозами Стефенсона. Этот паровоз стал прообразом для всех дальнейших разработок паровозов.

Паровозы Черепановых
Первый паровоз был построен Мироном и Ефимом Черепановыми в 1834 году Нижнетагильском заводе. Испытания паровоза начались в августе 1834 года. Имеются сведения о том, что в 1833 году Мирон Черепанов побывал в Великобритании и увидел там паровоз Стефенсона«Ракета».

КПД теплового двигателя
Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

АП – полезная работа,
Q1 – количество теплоты, полученное от нагревателя,
Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику.

Распределение энергии.

КПД тепловых двигателей:
Паровая машина 8-12%
ДВС 20-40%
Паровая турбина 20-40%
Дизель 30-36%

Экологические последствия работы тепловых двигателей.

Решение качественных задач:
1. Можно ли огнестрельное оружие отнести к тепловым двигателям?

2. Можно ли человеческий организм отнести к тепловым двигателям?

3. КПД теплового двигателя 45 %. Что означает это число?

Решение задач
№1 Определите КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 1,89*107 Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2*106 Дж/кг.

Дано:
АП = 1,89*107 Дж
m = 1,5 кг
q = 4,2*106 Дж/кг
КПД - ?
Решение:
Ответ: КПД = 30%

Сегодня на уроке:
Тепловые двигатели и их классификация.
Из истории тепловых машин.
КПД тепловых двигателей.
Решение задачи на определение КПД.

Сегодня на уроке я :
научился
мне понравилось
хотел бы попробовать сам (придумать задачу, подготовить презентацию на тему:
1. Достижения науки и техники в строительстве паровых турбин.
2. Использование энергии Солнца на Земле.)