57454

Тепловые двигатели

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Цели урока: Образовательная: 1 показать необратимость тепловых процессов 2 исследовать возможность создания вечных двигателей на основе 1 и 2 начала термодинамики 3 рассмотрение проблемы энергоресурсов Земли...

Русский

2014-04-12

260.5 KB

6 чел.

                    МОУ Лингвистическая гимназия №3

                        План-конспект                                             Урока-семинара  на  тему: «Тепловые  двигатели»

10 класс ( 2 урока )

                                                           Выполнил: Иванов А.П.

г.Улан-Удэ

                                                           2011 г.

Цели  урока:

Образовательная:1) показать необратимость тепловых процессов,

                             2) исследовать возможность создания «вечных двигателей

  на основе 1 и 2 начала термодинамики,

3) рассмотрение проблемы энергоресурсов Земли,  исполь-

    зование  нетрадиционных источников энергии,

4) тепловые двигатели, история, принцип работы, значение

    для человека и окружающей среды.

Воспитательная: 1) рассмотрение экологических проблем, связанных с ис-

   пользованием тепловых двигателей,

2) умение дисскутировать и отстаивать собственную точку

   зрения.

Задачи урока:1) организация на уроке атмосферы научного дисспута,

    2) работа в группах-«мастерских»,

    3) обсуждение вопросов возможности или невозможности

        создания «вечных двигателей», использования нетради-

        ционных источников энергии,

    4) рассмотрение всех вопросов на основе закона сохране-

        ния энергии.

Демонстрационный (дидактический)  материал:

ПК + мультимедийный проектор,

Программное обеспечение: а) слайды,

б) презентация «история

   тепловых двигателей,

в) ЛОС № 11,

Раздаточные информационные листы,

Модель паровой турбины, ДВС, маятник, скатывание

шарика с наклонной плоскости, запах духов, стакан с

горячей водой + ложечка.

плакаты по данной теме (рисуют учащиеся)

1     

      

Подготовка  к  уроку:

1)Кабинет: а) учащихся надо разделить на две группы оппонентов,

б) разложить заранее на столах информационные листы.

 

Д  о  с  к  а

                         Рис.         Экран

 

2

2) Доска: а) Тема семинара « Необратимые процессы. Тепловые двига-

    тели.

б) Номера разбираемых на уроке теоретических вопросов:

59-Необратимые процессы, второй закон термодинамики.

60-Тепловые двигатели, их виды.

61-Принцип действия тепловых двигателей.

62-КПД тепловых двигателей: реальный, Карно.

63-«Вечный двигатель» второго рода.

в) Съемная доска с заранее сделанным рисунком «Радиевые

     часы»:

3) Подготовка  учащихся: предварительно самостоятельно готовят

сообщения по темам:

а) истощение природных энергетических ресурсов (3-5 минут)

б) история тепловых двигателей (см. презентацию, около 7-10 минут )

в) принцип действия тепловых двигателей (5 минут)

г) охрана окружающей среды (5-7 минут)

д) альтернативные источники энергии, энергия Солнца, ветра, воды и

   т.д. (15-20 минут)

е) ассистент для работы с ПК.   

Все данные учащиеся примут участие в ролевой игре, будут представ-

лять ученых Московского НИИ.

3

План  семинара:

Урок первый: 1) Вступительное слово учителя(3 мин.)

 2) Проблема истощения природных ресурсов(3-5 мин.)

3) Необратимые процессы(5-7 мин.)

4) «Вечные двигатели»(15-20 мин.)

5) Итог

Урок второй:  1) Тепловые двигатели, история, виды(7-10 мин.)

2) Принцип действия тепловых двигателей(5-7 мин.)

3) КПД: реальный, Карно, «Вечный двигатель» второго

   рода(5-7 мин.)

4) ЛОС 11(2-3 мин.)

5) Охрана окружающей среды(5-7 мин.)

6) Альтернативные источники энергии(15-20 мин.)

7) Итог.

Краткое содержание семинара

Урок первый:

  1.  Я рад вас приветствовать на нашем семинаре, посвященном аспекту

энерговыживаемости человечества!

У человечества все меньше и меньше запасов внутренней энергии!

Двигатели машин, тепловые станции, работающие на топливе, газе,  скоро могут остановиться! Ведь запасы и топлива, и газа в природе

постепенно истощаются!   

Так вот мы сегодня вместе с вами обсудим, насколько актуальна эта

проблема- проблема истощения природных топливных ресурсов, какова роль топливных  (или тепловых) двигателей в современном мире и чем их можно заменить.

В нашем обсуждении примут участие гости- ученые Московского НИИ

энергоресурсов Земли и использования нетрадиционных источников

энергии:

           (представление учащихся, включенных в ролевую игру)

При выступлении ученых, необходимо чтобы вы задавали им интере-

сующие вас вопросы.

Так же вы видите на столах информационные листы, предоставленные

нашими гостями. В них кратко изложены все обсуждаемые сегодня

вопросы и к этим листам мы будем периодически обращаться.

4

Вы разделены на две группы и будете участвовать в семинаре, оппонируя

друг другу!

И так начнем! Актуальна ли перед человечеством проблема истощения

природных энергетических ресурсов!

2) (Выступление первого ученого)

3) Вопросы? И так проблема существует! Запасы внутренней энергии в

природе не безграничны! А ведь любому механизму нужна энергия и,

желательно, неограниченная, дешевая и экологически безопасная!

Перед тем как перейти к вопросу, какие механизмы работают на топливе      и газе, давайте вспомним  и уточним понятие «энергия».

А) «Энергия-способность тела совершать работу»

Б) Кинетическая, потенциальная

В) Она может изменяться и передаваться - ЗСЭ

Слайд 1 (М.В.Ломоносов)

Рассмотрим примеры:

Г) Как заставить поршень двигаться в данном направлении?

                                                          Выполняется первое начало

                                                          термодинамики:      

                         Q      A          Q = U + A

            

 +Q

Д) А теперь поиграем в ролевую игру. Пусть одна группа будет оппонен-

тами другой. Обладает ли тело энергией?  Выполняется ли в данных при-

мерах  ЗСЭ?

           Первая  группа                                        Вторая  группа

(Обсуждение модели: скатыва-               (Обсуждение модели: маятник)

ние шарика с накл. поверхности)

Е) Могут ли эти процессы самопроизвольно, как в «кино наоборот»,

протекать в обратном направлении?

(Нет, так же как и любой другой физический процесс: диффузия, тепло-

проводность и т.д. Чтобы совершалась работа, необходимы затраты энер-

гии.

Все данные примеры называются необратимыми.

5

Необратимые процессы: процессы, самопроизвольно протекающие

лишь в одном направлении, в обратном нужны дополнительные затраты

энергии.

Все процессы в природе необратимы.)

Ж) В природе есть направленность передачи энергии. Применительно

к тепловым процессам:

                                                                                                                                                                                                                                                         

  Рудольф  Клаузеус (немецкий ученый) XIX в.

Второе  начало  термодинамики:

Энергия самопроизвольно передается лишь от горячих

тел к холодным.                               

Слайд 2

Итог: в основе действия любого механизма лежит ЗСЭ и второе начало

термодинамики, говорящее о том, что все процессы в природе необрати-

мы. Чтобы механизм совершал работу, необходимы дополнительные

затраты энергии.

4) Не возникает ли у вас интеллектуальное искушение создать механиз-

мы, работающие сами по себе без затрат энергии.

Так называеые «вечные двигатели первого рода».

Лат. «perpetuum  mobile» - вечное движение

На предложенных вам информационных листах есть подобные устрой-

ства. Давайте обсудим их работу:

           Первая  группа                                        Вторая группа

                (Рис. 1, 7)                                                   (Рис. 2, 5)

Слайд 3: шарик скатывается вниз под действием Fтяж.,

вверх движется по инерции и вследствии притяжения

магнита.

Слайд 4: 13 связанных шаров движутся, перетягивая

друг друга.

                                             6

 

                                        

Слайд 5: при опускании шарика затрачивается столько                 же энергии, сколько и на поднятие. Работа совершается           

только за счет первоначального запаса Ек, сообщенного

при пуске.

Слайд 6: подбираем  массу шарика и жесткость

пружины так, чтобы шарик не смог остановиться в

вертикальном положении или склониться в сторону.

Может это и есть вечный двигатель? Но как снять с него полезную работу

и где его применить? Обратимся к истории создания подобных механиз-

мов.

Радиевые часы ( см. рис. на доске ) – радий, испуская электроны, заря-

жает лепестки  А  и В положительным зарядом. Отталкиваясь и касаясь

фольги, они теряют заряд и возвращаются в первоначальное положение.

Происходит колебательное движение с периодом 2-3 минуты.

Недостатки: малая мощность, радий- дорог, редок, небезопасен.

5) Итог: создание «вечных двигателей» первого рода, работающих без

затрат энергии невозможно! Затраты есть везде и всегда! Если где-то

встречаются похожие на «вечные двигатели» механизмы, то они имеют

ничтожно малую мощность и КПД, поэтому использовать их для совер-

шения полезной работы бессмысленно!

Необходимо искать источники энергии дешевой, неисчерпаемой и эколо-

гически безопасной ( энергия ветра, солнца и воды ).

Но об этом мы поговорим позже, а сейчас рассмотрим существующие на

Сегодня механизмы, совершающие полезную для человечества работу!

 

Урок второй: 

  1.  Сейчас в современном мире основную работу выполняют тепловые

двигатели. Это устройства, превращающие энергию пара или топлива

в полезную механическую. Обратимся к истории:

         ( см. презентацию «история тепловых двигателей»)

                                Слайды (7-20)

  1.  Все тепловые двигатели работают по одному и тому же принципу:

7  

Слайд 21:

1) Для того, чтобы двигатель

совершал полезную работу  А′

надо создать разницу  давления

на поршень. Оно создается газом

или паром  (иначе – рабочим 

телом). Газ образуется при сго-

рании топлива (нагреватель) и

он имеет температуру Т1.

Топливо, сгорая, выделяет коли-

чество теплоты Q1, образованный горячий газ, расширяясь совершает ра-

боту – двигает поршень.

2) Однако рабочее тело при расширении не может всю свою внутреннюю

энергию Q1 отдать на совершение работы. Часть энергии неизбежно теря-

ется. Эти потери Q2 необратимо передаются атмосфере (воздуху), корпусу

двигателя, поэтому температура рабочего тела снижается до Т2.

3) Значит А′ рассчитывается как А′= Q1- Q2.

Вопрос: как увеличить А′?

3) Насколько эффективна работа теплового двигателя? Посчитаем!

                                    (на доске делаются расчеты) 

Q1        100%

A′          x               x  =        А′ * 100%

                                                   Q1                Вспомним понятие КПД

  

Формула реального КПД

Всегда η <100%

Дизель: η = 44%

Паровая турбина : η = 62%

Вопрос: а что если η = 100%?

Слайд 22:

Саади Карно (Франция) – вывел формулу, рассчитывающую

макс. КПД, который

теоретически может

иметь данная модель

теплового двигателя.

8

Выводы: 1) всегда η < ηmax,

2) если Т1 = Т2, то двигатель работать не будет, так как необхо-

дима разница температур,

3) не существует двигателя, в котором Q1   A′ ( Q2 = 0 ), «веч-

ного двигателя» второго рода.

4) Сейчас в виде ЛОС 11 мы обобщим все то, что было сказано о тепловых

двигателях.

Слайд 23

5) Наши попытки отыскать механизм, работающий без затрат (потерь)

энергии ни к чему не приводят.

Современные же тепловые двигатели имеют невысокие КПД и к тому же

не являются экологически безопасными. Об этом мы сейчас и поговорим.

      ( Выступление ученого на тему: охрана окружающей среды)

6) Значит научной задачей, может и для кого-то из вас, является создание

и использование нетрадиционных источников энергии.

( Выступление ученого на тему: альтернативные источники энергии)

7) Итог: мы живем в современном, быстро изменяющемся техногенном

мире.

Растет численность населения и возрастают энергозатраты человечества.

50% человечества пьет плохо очищенную воду.

Природа – это кладезь внутренней энергии, но использовать ее надо разумно

и бережно. Примером является раскрытие энергии атома и в результате –

создание разрушительной по своим последствиям атомной бомбы.

Чтобы само себя не уничтожить, еще больше не усугублять драматическую

ситуацию в крупных городах, где в результате работы ДВС автомобилей

человек дышит воздухом с примесями всей таблицы Менделеева, не прев-

ратить реки и моря в сточные канавы и т. д., перед человечеством стоит

вопрос поиска нетрадиционных, альтернативных источников энергии.

Я этот вопрос ставлю и перед вами, может кто-то из вас изменит ситуацию

в мире, реализует мечту использования дешевой, безграничной и экологи-

чески безопасной энергии.

Информационные листы возьмете себе, отксерокопируете и вклеете в

тетрадь.

Резерв: упр.6 стр. 85 (№ 15, 16)

9

       


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44415. Разработка конструкцию многоступенчатого мотор-редуктора с цилиндрическими зубчатыми колёсами 342.5 KB
  Целью курсового проекта является разработать конструкцию многоступенчатого моторредуктора с цилиндрическими зубчатыми колёсами в соответствии с предложенными техническими требованиями и кинематической схемой. Расчет кинематических параметров многоступенчатого редуктора. Метод разбивки передаточного общего отношения редуктора по ступеням.910 Расчет конструктивных параметров многоступенчатого редуктора Расчет крутящих моментов на валах...
44416. Разработка специального ПО системы нештатных ситуаций тренажера «ФГБ» средствами тренажерной распределенной исполнительной оболочки (ТРИО) 1.26 MB
  Тренажер CМ представляет собой комплекс вычислительной и телевизионной техники в значительной мере чувствительной к колебаниям и провалам сетевого напряжения, уровням кратковременных и длительных помех, перерывам в электропитании. СЭП предназначена для преобразования и распределения электрической энергии к токоприемникам...
44417. Расчет и конструированию электрических машин 1.22 MB
  Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора Расчет ротора Расчет магнитной цепи Определение параметров для номинального режима Расчет потерь и КПД Расчет рабочих характеристик Расчет пусковых характеристик Тепловой и вентиляционный расчеты
44418. Разработка информационной системы контроля знаний студентов 282.5 KB
  Требования, предъявляемые к программе, предполагают использование объектно-ориентированного подхода при разработке программы. Данную программу можно реализовать на любом объектно-ориентированном языке программирования. Одним из наиболее распространенных на сегодня объектно-ориентированных языков программирования является Object Pascal.
44419. Программирование и исследование алгоритмов решения нелинейных уравнений. Метод итераций 3.16 MB
  Данный проект разработан для вычисления корней нелинейного уравнения методом итераций. Теоретическая часть теория описывающая правила вычисления корней нелинейного уравнения методом итераций а также блоксхема метода. Визуализация метода последовательный показ работы проекта на вычисление корней уравнения методом итераций. Решение уравнения вида разбивается на два этапа: 1 отделение корней т.
44420. База данных торговой сети 1.21 MB
  Целью испытания данной программы является проверка корректной работы в соответствии с постановкой задачи и техническим заданием. Необходимо проверить верность соблюдения программой команд пользователя, корректность формирования отчета, при этом, не приводя к сбоям самой программы
44421. Дизайн-проект интерьера коттеджа с элементами фитодизайна 2.24 MB
  Дизайнпроект интерьера коттеджа с элементами фитодизайна Стадия Лист Листов Руководитель Комарица В. Графическая часть состоит из альбома чертежей и 1го листа формата 1000х2000мм. Наибольшее распространение получили дерновоподзолистые почвы.
44422. Двухэтажный 4-комнатный жилой дом 309.5 KB
  Дом имеет центральный вход и выход на приусадебный участок На первом этаже располагаются: кухнястоловая оборудованная газовой плитой мойкой холодильником и рядом другой современной бытовой техникой; коридор первого этажа удобно соединяет все комнаты; просторная солнечная гостиная; ванная и уборная. На втором этаже располагаются: гостиная две спальни ванная и уборная прихожая коридор с выходом на балкон. Наименование Площадьм2 I II III 1 Гостиная 18 2 Спальня 114 3 Кухня 10. Наименование Площадьм2 I...
44423. Проект трьохпролітної виробничої будівлі з двома мостовими кранами у кожному проліті 288 KB
  Харків це схід України а виробниче середовище не агресивне приймаємо ребристу плиту розмірами вагою . Підкранові балки Розміри підкранових балок приймаємо згідно рис. Основні розміри колон приймаємо згідно рисунку Основні розміри колон приймаємо згідно рисунку: .