Головна ⇒ 📌Плани-конспекти уроків по фізиці ⇒ Принцип дії теплових двигунів

Принцип дії теплових двигунів

2-й семестр

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

4. Кількість теплоти. Теплові машини

Урок 21/63

Тема. Принцип дії теплових двигунів

Мета уроку: розглянути застосування закону збереження й перетворення енергії в теплових двигунах; пояснити учням будову і принцип роботи парової турбіни.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

Демонстрації

8 хв.

1. Робота газу й пари при розширенні.

2. Будова й дія парової турбіни.

3. Фрагменти відеофільму “Парові турбіни”

Вивчення

нового матеріалу

30 хв.

1. Знайомимо із принципом дії теплових двигунів.

2. Парова турбіна

Закріплення вивченого матеріалу

7 хв.

1. Контрольні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі.

3. Поміркуй і відповідай

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Знайомимо із принципом дії теплових двигунів

Внутрішньою енергією володіють всі тіла – земля, цеглини, хмари й так далі. Однак найчастіше вилучити її важко, а часом й неможливо. Найбільш легко на потреби людини може бути використана внутрішня енергія лише деяких, образно

кажучи, “горючих” й “гарячих” тіл. До них належать: нафта, вугілля, теплі джерела поблизу вулканів і так далі.

Розвиток техніки залежить від уміння використовувати величезні запаси внутрішньої енергії, що міститься в паливі. Використати внутрішню енергію – значить виконати за рахунок її корисну роботу, тобто внутрішню енергію необхідно перетворити в механічну.

З тих пір як людство пізнало природу теплової енергії, учені почали пошук способу перетворення теплової енергії в механічну.

Над винаходом теплових машин в XVII-XVIII століттях працювали англійці Томас Севері, Джеймс Уатт, Томас Ньюкомен, француз Дені Папен, росіянин Ілля Ползунов і багато інших учених.

Принцип роботи всіх теплових двигунів дуже простий: всі вони перетворюють внутрішню енергію палива в механічну енергію.

Але як перетворити внутрішню енергію в механічну?

Зміцнимо невелику колбу з вигнутою трубкою над спиртівкою, а пару, що виходить із трубки, спрямуємо на колесо з лопатями (див. рисунок). Ударяючи в лопаті колеса, струмінь пари приводить колесо в рух.

При цьому внутрішня енергія палива частково перетворюється в механічну енергію колеса. У нашому досліді ми побудували найпростішу модель теплового двигуна.

Тепловими двигунами називають машини, у яких внутрішня енергія палива частково перетворюється в механічну енергію. Розширення робочого тіла – найважливіший процес у роботі будь-якого теплового двигуна. За допомогою демонстрацій потрібно показати учням, що газ, який має надлишковий тиск порівняно з навколишнім середовищем, може виконати роботу розширення за рахунок зміни своєї внутрішньої енергії.

Звичайно в тепловому двигуні роботу виконує сила тиску нагрітого газу (пари) при розширенні. Цей газ (або пару) називають робочим тілом теплового двигуна. Нагрівають пару за рахунок згоряння палива. Таким чином, у тепловому двигуні відбуваються такі перетворення енергії:

1) при згорянні палива його внутрішня енергія перетворюється у внутрішню енергію нагрітої пари;

2) розширюючись, пара виконує роботу, при цьому внутрішня енергія пари частково переходить у механічну енергію.

2. Парова турбіна

Для перетворення теплової енергії в механічну на теплових й атомних електростанціях використовують парові турбіни.

В основу дії турбіни покладене обертання колеса з лопатями під тиском водяної пари або газу.

Парова турбіна – тепловий двигун, у якому внутрішня енергія водяної пари перетворюється в механічну енергію. Для одержання водяної пари служать спеціальні парові казани, у яких за рахунок спалювання палива одержують водяну пару за підтримання дуже великого тиску (до 3-107 Па)і дуже високої температури (до 600 °С).

Вище на рисунку був показаний принцип роботи парової турбіни. Струмені пари, що вириваються із сопел, чинять значний тиск на лопаті й приводять диск турбіни у швидкий обертовий рух.

У сучасних турбінах застосовують не один, а кілька дисків, насаджених на загальний вал. Пара послідовно проходить через лопаті всіх дисків, віддаючи кожній з них частину своєї енергії.

Поступово дедалі ширшого застосування здобувають газові турбіни, у яких замість пари використовуються продукти згоряння газу.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

Наведіть приклади перетворення внутрішньої енергії пари в механічну енергію.

Які двигуни називають тепловими?

Які види теплових двигунів вам відомі?

Що покладено в основу дії парової турбіни?

Які перетворення енергії відбуваються в паровій турбіні?

Назвіть основні елементи парової турбіни.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Користуючись рисунком, розкажіть, з яких частин складається парова турбіна і як вона працює.

2. Чи змінюється тиск пари в соплах парової турбіни? Чи змінюється при цьому швидкість молекул пари?

Розв’язок. Тиск пари стає менше. Швидкість молекул збільшується. Як відомо, внутрішня енергія складається із суми потенціальної й кінетичної енергій молекул. При зниженні тиску потенціальна енергія молекул зменшується, вона перетворюється в кінетичну.

2). Поміркуй і відповідай

1. Чи відрізняється температура пари, що виходить із циліндра парової машини, від температури пари, що надходить у цей циліндр?

2. Яка форма механічної енергії пари – потенціальна чи кінетична – використовується в парових турбінах?

3. Чи належить вогнепальна зброя до теплових двигунів? Обгрунтуйте свою відповідь.

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 28 (п. 1, 2).

2. Сб-1:

Рів1 – № 31.1, 31.2, 31.3, 32.9, 32.10.

Рів2 – № 31.13, 31.18, 32.14, 32.20, 32.21.

Рів3 – № 31.25, 31.26, 32.26, 32.27, 32.29.

Домашнє завдання-2

1. У-2: § 42 (п.1), 43 (п.1).