Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина.

8 класс, Тема: Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина.

Цель урока: Изучить устройство и принцип работы паровой турбины и ДВС; показать значение тепловых двигателей в жизни человека;

Задачи урока:

Образовательная: продолжить изучение тепловых машин на примере ДВС и паровой турбины, рассмотреть устройство и принцип действия ДВС и паровой турбины, показать  области их применения, выявить проблемы, возникающие при их эксплуатации;

Развивающая: развивать монологическую речь учащихся, развивать умения излагать и воспринимать новый материал; содействовать формированию навыков сравнения, обобщения, логического мышления,   поддерживать интерес к предмету.

Воспитательная: показать значение тепловых двигателей в жизни человека, влияние научных открытий на развитие человеческого общества.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: доска, учебник В.В. Белага «Физика, 8», компьютер, мультимедийный проектор, презентация «Тепловые машины», «ДВС. Паровая турбина».

План урока:

1. Актуализация опорных знаний.

2. Постановка учебной проблемы.

3. Изучение нового материала.

4. Рефлексия.

Содержание урока

І. Орг. момент.

II. Актуализация опорных знаний.

Презентация «Тепловые машины»

Кроссворд.

1. Процесс понижения температуры тела. (охлаждение)

2. Вещество, удельная теплоемкость которого равна 4200 Дж/кг  ͦС. (вода)

3.  Жидкость, которая применяется в термометрах в районах Крайнего Севера. (спирт)

4. Один из видов осадков. (снег)

5. Процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое. (плавление)

6. Физическая величина, которая является мерой средней кинетической энергии движения молекул вещества и характеризует степень нагретости вещества. (температура)

7. Один из факторов, влияющих на скорость испарения. (ветер)

8. Греческая буква, обозначающая удельную теплоемкость вещества. (лямбда)

9.  Расплавленный металл, способный заморозить воду. (ртуть)

Фронтальный опрос.

IІІ. Изучение нового материала.

Презентация «ДВС. Паровая турбина»

1. ДВС.

Двигатель внутреннего сгорания – очень распространенный вид теплового двигателя. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

 Основные части. Двигатель состоит из цилиндра 1, в котором перемещается поршень 2, соединенный при помощи шатуна 3с коленчатым валом 4.В верхней части цилиндра имеется два клапана 5, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через левый клапан в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через правый клапан выпускаются отработавшие газы.

Основные понятия. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня. Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными. Впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Физические принципы работы. В цилиндре двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800 °С, давление на поршень при этом резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая при этом механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Схема работы такого двигателя. В начале первого такта поршень движется вниз. Объем над поршнем увеличивается, в цилиндре создается разрежение. Открывается левый клапан и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, данный клапан закрывается.

В начале второго такта поршень движется вверх и сжимает горючую смесь. В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и взрывается.

В начале третьего такта, образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз, двигатель совершает работу. В конце третьего такта открывается правый клапан, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком.

2. Паровая турбина.

В нем пар или, нагретый довысокой температуре газ, вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такой двигатель называется паровой турбиной.

Принцип работы.

Паровая турбина представляет собой насаженный на вал массивный диск. По ободу диска закреплены лопасти. Около лопастей расположены трубы – сопла, в которые поступает пар из котла.

Работает турбина следующим образом: Пар, полученный в паровом котле под большим давлением, имеет температуру близкую к 600 ⁰С. Он направляется в сопло и в нем расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струи пара, обладающие большой кинетической энергией, поступают из сопла на лопасти турбины и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение. Вал и диск с лопастями образуют ротор турбины, который помещается в корпус. По всей поверхности корпуса помещаются сопла. В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар последовательно проходит через лопасти всех дисков, отдавая каждому из них часть своей энергии.

Использование паровых турбин.

Паровые турбины широко применю на современных тепловых и атомных электростанциях, где паровую турбину соединяют с генератором электрического тока.

Тепловые электростанции работают по следующему принципу: топливо сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряет воду, циркулирующую внутри расположенных в котле труб, и перегревает образовавшийся пар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та, в свою очередь, - вал электрического генератора. Затем отработавший пар конденсируется, вода из конденсатора через систему подогревателей возвращается в котел.

Преимущества и недостатки паровых турбин

Достоинства: возможность работать на различных видах топлива: жидком, твёрдом, газообразном; использование доступного теплоносителя, широкий диапазон мощностей (нескольких киловатт до 1 200 000 кВт.), возможность длительной эксплуатации.

Недостатки: высокая инерционность паровых установок, дорогостоящий ремонт, снижение экологических показателей при использовании тяжёлых мазутов и твёрдого топлива, низкий КПД.

IV. Закрепление материала.

Какие тепловые двигатели называют ДВС?

Основные части ДВС.

Что называют мёртвыми точками.

Какой из четырёх тактов – рабочий?

Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами?

Какими преимуществами обладает турбина по сравнению с двигателем внутреннего сгорания?

ІV. Д/з. Учебник В.В. Белага «Физика, 8» выучить § 17, 18, ответить на вопросы стр. 45, 47.

V. Рефлексия. Подведение итогов.