Конспект урока физики 8 класс с презентацией "КПД. Тепловые двигатели"

Тема: Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей

Цели: Опираясь на имеющиеся у учащихся знания о тепловых двигателях, расширить их представления об этих устройствах, принципе их действия, условиях, необходимых для их функционирования. Закрепить понятие КПД теплового двигателя ( реального) и ввести понятие КПД идеальной тепловой машины, установив связь между ними. Раскрыть физический смысл КПД, как величины, характеризующей эффективность работы теплового двигателя.

Воспитывать у учащихся чувство ответственности перед последующими поколениями, в связи с чем, рассмотреть вопрос о влиянии тепловых двигателей на окружающую среду, а также о путях повышения КПД.

В ходе решения задач развивать умение работать с формулами, рассуждать, опираясь на полученные знания и делать выводы.

Оборудование: Презентация к уроку

Ход урока:

1. Организационный момент. Подготовка к восприятию нового материала.

Небольшая беседа об устройства, в которых газ или пар может совершать работу. (Ребята приводят примеры устройств, которые, по их мнению, удовлетворяют запрашиваемым требованиям.

1. Сообщение темы урока. ( слайд №1)

Изложение нового материала с опорой на материал презентации.

1) Понятие теплового двигателя, его устройство

2) Необходимое условие работы любого теплового двигателя

3) Принцип действия теплового двигателя

( слайд №2)

4) Доказательство невозможности полного использования количества теплоты, переданного от нагревателя рабочему телу

с опорой на второй закон термодинамики)

5) Понятие КПД, получение различных вариантов формул для расчета КПД реального теплового двигателя.

( Слайд №3)

6) Понятие об идеальной тепловой машине. Знакомство с идеальным циклом Сади Карно.

7) Получение формулы КПД идеальной тепловой машины, анализ ее и формулирование вывода о невозможности достижения максимального значения КПД = 1 ( 100 %) по ряду причин.

8) Формулировка доказанного С.Карно факта о соотношении КПД реального и идеального теплового двигателя.

( Слайд №4)

9) Рассмотреть вопрос о видах тепловых двигателей и возможности их применения в различных отраслях хозяйственной деятельности и в быту.

( слайд №5)

10) Физический смысл КПД, как величины, характеризующей эффективность работы теплового двигателя. Беседа о том, что КПД реальных тепловых машин все еще остаются достаточно низкими ( в пределах 25 - 45 %)

11) Рассмотреть возможности и пути, позволяющие повысить КПД тепловых двигателей.

12) Обязательно затронуть вопрос о влиянии тепловых двигателей, в силу очень широкого и повсеместного их применения, на окружающую среду.

13) остановиться на путях решения проблем, связанных с использованием данных устройств и их влиянием на окружающую среду.

( слайд № 6)

1. Закрепление изученного материала.

В ходе закрепления остановиться на основных вопросах, рассмотренных на уроке. Привести обоснованные ответы на предложенные вопросы

( слайд № 7)

1. Решение задач.

1. Рассмотреть решение расчетной задачи ( у доски)

( слайд № 8)

1. Если останется время, то предложить задачу, требующую умения не только применять формулы в разнообразных условиях, но и анализировать их, делать выводы, опираясь на полученные формулы, произведя прежде необходимые математические преобразования.

При недостатке времени, можно данную задачу ( для желающих) оставить на дом.

( слайд № 9)

1. Дома: п.84, упр. 15 ( №15)

1. Подведение итогов урока. Оценки.

Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей

Бахтина Ирина Владимировна, учитель физики

МОУ СОШ №3

г. Новый Оскол Белгородской области

F

нагреватель

Т 1

холодильник

Т 2

Устройство

Тепловые двигатели - устройства,

превращающие внутреннюю

энергию топлива в механическую

и принцип действия

Необходимое условие

работы двигателя

• Разность давлений по обе

стороны поршня (лопастей)

Q 1

достигается

повышением температуры

рабочего тела

по сравнению с температурой окружающей среды

A

рабочее

тело

Т 1 – температура нагревателя

Т 2 – температура холодильника

Q 2

Холодильником является

• атмосфера (чаще)
• конденсаторы

A от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в системах или окружающих телах Очевидно : нагреватель по закону сохранения энергии Q 2 холодильник Q 1 = A + Q 2 A = Q 1 - Q 2 η КПД ( ) – отношение работы, совершенной двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя Q 2 A η = =1- Q 1 Q 1" width="640"

η

невозможно

Невозможно перевести тепло

Q 1 A

от более холодной системы к более

горячей при отсутствии других одновременных изменений в системах или окружающих телах

Очевидно :

нагреватель

по закону сохранения энергии

Q 2

холодильник

Q 1 = A + Q 2

A = Q 1 - Q 2

η

КПД ( ) – отношение работы, совершенной двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя

Q 2

A

η

=

=1-

Q 1

Q 1

η

8

8

рабочее тело –

идеальный газ

Идеальный цикл Сади Карно

Т 1 – температура

нагревателя

p

Т 1 – Т 2

Т 2 – температура

холодильника

1

=

Т 1

V 2

V 2

т 2

V 3

V 3

V 4

+ Q 12

V 1

Т 1

Т 2

Т 2

V 4

V 1

т 1

Т 1

т 2

η

при

1

Т 2

0

4-1: адиабатное

- Q 34

+ Q 12

2-3: адиабатное

сжатие

расширение

Q 41 = 0

Q 23 = 0

Т 1

2

1-2 изотермическое

расширение

при температуре Т 1

3-4: изотермическое

сжатие

при температуре Т 2

Q 23 = 0

Т 1

Q 41 = 0

(теплостойкость

материала ограничена)

4

3

0

- Q 34

Т 2

Т 2

V

( практически не может быть ниже t окр.среды )

η

η

идеал

ДОКАЗАНО:

реал.

Виды тепловых двигателей

и их применение

турбины

реактивные

паровая

газовая

ракетные

воздушно-реактивные

• На тепловых и атомных

электростанциях

• двигатели самолетов

ракет

карбюраторные

дизельные

Двигатели на легковых

и грузовых автомобилях,

мотоциклах,

водном

и железнодорожном

транспорте, в быту

Привод стационарных

силовых установок,

тепловозы, дизелевозы,

тракторы, асфальтовые катки, скреперы

Уменьшение трения частей

двигателя

Пути повышения КПД

Снижение потерь вследствие

неполного сгорания топлива

Двигатели и окружающая среда

Проблема:

Проблема:

Тепловое загрязнение

Химическое загрязнение

окружающей среды

окружающей среды,

продуктами сгорания

выполняющей роль

топлива.

«холодильника »

(парниковый эффект)

Снижение содержания

кислорода в атмосфере

Пути решения проблем

Строительство очистных сооружений, ограничение

использования соединений тяжелых металлов для топлива,

использование водорода в качестве топлива,

создание электромобилей и.т.д.

вопросы

1. Из каких основных частей состоит любой тепловой двигатель ?

2.Газ расширяется самопроизвольно. Может ли происходить

самопроизвольное сжатие газа?

3.Станет ли КПД двигателя равным 100%, если исчезнет трение

между частями двигателя?

4.Как понизить температуру газа перед сжатием, не допуская при

этом теплопередачи?

5. Как влияют тепловые двигатели на окружающую среду?

Температура нагревателя тепловой машины

Задача

150 0 С , а холодильника 25 0 С , машина получила от нагревателя 4 х 10 4 Дж энергии.

Как велика работа, совершенная машиной?

Дано:

Решение:

А

Т 1 = 150 0 С = 423 К

Т 1 -Т 2

η

С другой стороны,

=

=

η

Q 1

Т 2 = 25 0 С = 298 К

Т 1

Q 1 = 4 Х 10 4 Дж

Приравнивая правые части равенств, получим:

Т 1 -Т 2

А

А - ?

=

Q 1

Т 1

Выражая неизвестную величину, получим:

(Т 1 -Т 2 ) Q 1

( 423 К – 298 К ) х 4 х 10 4 Дж

А =

=

= 1 х 10 4 Дж

Т 1

423 К

Ответ : 1 х 10 4 Дж

Сравните:

Когда КПД теплового двигателя будет большим: при увеличении на один градус температуры нагревателя. Или при снижении на один градус температуры холодильника?

Решение :

Т 1 -Т 2

1. Запишем исходную формулу для расчета КПД:

=

η

Т 1

2. При повышении температуры нагревателя формула примет вид:

1

Т 1 -Т 2

Т 1 + 1 -Т 2

+

=

=

η 1

Т 1 +1

Т 1 +1

Т 1 +1

3. При понижении температуры холодильника будем иметь:

Т 1 -Т 2

1

Т 1 - ( Т 2 – 1)

=

η 2

=

+

Т 1

Т 1

Т 1

4. Сравнивая почленно слагаемые в полученных формулах, видим,

что η 1 2 .

Литература и интернет-ресурсы

• Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. «Физика 10»

• Кирик Л.А. Самостоятельные и контрольные работы ,

10 класс. М. Илекса, 2000 г.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/ - Паровая_турбина