ККД теплових двигунів.
Закон збереження енергії в механічних і теплових процесах.
Мета.
Освітня. Навчитися роз’язувати задачі на визначення ККД теплових двигунів. Сформулювати закон збереження та перетворення енергії в механічних та теплових процесах.
Розвиваюча. Розвивати логічне мислення.
Виховна. Виховувати культуру наукового мовлення.
Тип уроку. Комбінований.
Прилади та матеріали до уроку:
- Модель двигуна внутрішнього згорання.
План
- Актуалізація опорних знань.
- ККД теплових двигунів. Закон збереження енергії в механічних і теплових процесах
- Вчимося розв’язувати задачі.
- Типові запитання до уроку.
- Домашнє завдання.
- Для допитливих.
- Задачі для самостійного розв’язування.
Хід уроку
- Актуалізація опорних знань.
Усне опитування:
- Що таке тепловий двигун? Які види теплових двигунів ви знаєте?
- Який двигун називають двигуном внутрішнього згорання? Вкажіть його складові.
- За рисунком назвіть такти роботи чотиритактного ДВЗ. Як потрібно змінити послідовність розташування малюнків, щоб чергування зображених на них тактів відповідало правильній роботі двигуна?
- На яких із перелічених транспортних засобах використовують теплові двигуни: автомобіль, автобус, трамвай, тролейбус, літак, спортивний велосипед?
- Чому пара, яка пройшла через парову турбіну, має меншу температуру, ніж пара на вході?
- *У який момент робоча суміш у циліндрах двигунів внутрішнього згорання має найбільшу внутрішню енергію: наприкінці такту “стискання” чи на початку такту “робочий хід”.
- *Під час яких тактів роботи чотиритактного двигуна внутрішнього згорання відкриті два клапани? хоча б один? обидва закриті?
- За рахунок якої енергії здійснюються перші такти ДВЗ (впуск горючої суміші та її стиск) на початку роботи двигуна? в процесі його роботи?
- **Що спільного в роботі ДВЗ і парової турбіни? Чим відрізняється їх будова?
- Які шкідливі речовини викидають в атмосферу теплові машини? До яких наслідків це призводить?
Самоперевірка домашніх задач за зразком:
- Задача 1. № 31.8. За один цикл тепловий двигун виконав роботу 50 МДж. При цьому втрати тепла в довкілля становлять 100 МДж. скільки тепла за цикл отримав двигун?
- Задача 2. № 31.9. Дизельний двигун отримує від згоряння пального 20 МДж теплоти і виконує роботу 7 МДж. Скільки за цей час двигун віддає тепла в довкілля?
- ККД теплових двигунів. Закон збереження енергії в механічних і теплових процесах.
ККД теплових двигунів. Щоб знайти ККД будь-якого двигуна, потрібно знайти відношення виконаної ним роботи до витраченої на це енергії.
Для визначення ККД двигуна внутрішнього згоряння необхідно знайти у технічній документації потужність даного ДВЗ. Залити в нього паливо, це може бути бензин або дизельне паливо, і дати пропрацювати на максимальних обертах деякий час, який заміряти за допомогою секундоміра, в секундах. Злити залишки і визначити масу згорілого палива.
ККД ДВЗ у якого відома його потужність визначається за формулою:
ККД двигуна автомобіля, потужність якого невідома, але можна визначити масу пального, що згоряє за час розгону автомобіля до певної швидкості, визначається за формулою:
Де М - маса автомобіля, v - його швидкість, q- питома теплота згоряння палива, m- маса витраченого палива.
Закон збереження енергії в механічний і теплових процесах. Механічна та внутрішня енергії можуть перетворюватися одна в одну.
Спостереження й досліди привели до відкриття закону збереження та зміни енергії.
Закон збереження і перетворення енергії. Енергія не зникає і не виникає з нічого. Вона тільки перетворюється з одного виду в інший, при цьому повне значення її зберігається.
Закон збереження та перетворення енергії - один з основних законів природи.
- Вчимося розв’язувати задачі.
Задача 63.1. № 31.18. Двигун отримав від згоряння пального 250 МДж теплоти і віддав у довкілля 200 МДж енергії. Обчисліть ККД двигуна.
Задача 63.2. № 31.21. Обчисліть ККД двигуна дизель- електростанції, яка для виробництва 26,7 МДж електроенергії використовує 2 л дизельного палива.
Задача 63.3. № 31.25. Яку корисну роботу виконає двигун екологічно чистого автомобіля з ККД, що становить 30%, якщо використає 15 л спитру?
Задача 63.4. № 31.26. За 3 год роботи газова турбіна, ККД якої дорівнює 40%, використала 628 кг гасу. Яку потужність розвинула турбіна?
- Запитання до уроку.
- У якій галузі масово використовують найбільш потужні теплові двигуни?
- На яких транспортних засобах використовують найбільш потужні поршневі двигуни? Що це за двигуни?
- Навіщо у більшості теплових двигунів є радіатор з водою?
- *Чому в дизельних двигунах для подачі палива в циліндрі використовуються насоси високого тиску?
- *Коли газ в циліндрі двигуна внутрішнього згорання має більшу внутрішню енергію - в кінці такту стиску чи в кінці робочого ходу?
- Чому в потягах метро не використовують двигуни внутрішнього згорання?
- Чому в розвинених країнах висувають дуже жорсткі вимоги до виробників автомобілів щодо повноти згорання палива у двигунах?
- У чому полягає закон збереження енергії в механічних і теплових процесах?
- Домашнє завдання.
- Підручник: параграф 51
- Вивчити конспект уроку
- Задача 5. № 31.19
- Задача 6. № 31.23.
- Перевір себе.
Тестові завдання.
Запитання 63.1.Т. Вибери фізичну величину, яка може набувати від’ємних значень.
А. Потенціальна енергія.
Б. Кількість теплоти.
В. Робота.
Г. Повна механічна енергія.
Д. Усі вказані фізичні величини.
Запитання 63.2.Т. Вибери відновлюване джерело енергії.
А. Сонце
Б. Вітер
В. Припливи і відпливи
Г. Біомаса
Д. Усі названі джерела енергії є відновлювані
Середній рівень:
- Коефіцієнт корисної дії одного з типів двигуна внутрішнього згорання 35%, а парової турбіни 28%. Поясніть, що означають ці числа.
Достатній рівень:
- Визначити ККД парової турбіни, якщо відомо, що для виконання нею роботи використовується тільки ¼ частина енергії, що виділилася при згоранні вугілля.
- В двигуні внутрішнього згорання було використано 0,5 кг пального, теплота згорання якого 46*106 Дж/кг. При цьому двигун здійснив 7*106 Дж корисної роботи. Визначте ККД.
7. Для допитливих.
Задачі підвищеної складності.
- Над Землею висить нерухомо ракета масою М. Швидкість газів, що витікають рівна u. Визначте потужність двигуна ракети.