Теплові двигуни


1 зірочка2 зірочки3 зірочки4 зірочки5 зірочок (Поки що не має оцінок)
Loading...

ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ

МЕТА: Ознайомити з історією виникнення та будовою теплових двигунів, домогтися усвідомлення фізичних принципів їх роботи; формувати політехнічні знання шляхом ознайомлення учнів з досягненнями науки і техніки.

Сприяти формуванню навичок самостійного набування знань; розвивати мислення учнів, залучаючи їх до аналізу теоретичного матеріалу та можливості його використання в практичних цілях.

Сприяти економічному й екологічному вихованню учнів.

 

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація знань. Гра  «Телефон (Дзвінок другу)» (Вчитель задає питання одному з учнів, а якщо він не знає, або не впевнений в своїх знаннях, може «передзвонити» своєму другові )

1. Що є основним джерелом енергії для забезпечення руху різних видів транспорту: локомотивів, автомобілів, літаків, тракторів?

2. Які види палива вам знайомі?

3. За яких умов відбувається повне згорання палива?

4. Який хімічний елемент мітять всі види палива?

5. Який хімічний процес відбувається під час горіння палива?

6. Від чого залежить кількість теплоти, яка виділяється під час згорання палива?

7. Яке паливо ви вважаєте найефективнішим? Чому?

ІІ. Мотивація навчальної діяльності.

До початку XVІІІ ст. не було побудовано жодного двигуна, крім вітряного й водяного колеса так, як все господарство трималося на рабах, пізніше, в середні віка, на кріпаках, які і виконували всю необхідну роботу. Але в XVІІІ ст. в містах починають зароджуватися ремеслові цехи, мануфактури. А так, як прості операції краще і швидше виконували машини, з‘явилися різні машини і станки, що приводилися в рух водяним колесом. На зміну мануфактурам приходять фабрики та заводи, а на виготовлення машин і станків потрібно було багато металу, який плавили використовуючи дрова і кам‘яний вугіль, що добували з глибоких шахт.

Але як приводити в рух машини, якщо поблизу немає річки? Як відкачати воду з шахти? Як підняти вугіль нагору? Як кораблям, що перевозили товар, позбавитися від парусів? Потрібен був такий двигун, який би виконував цю роботу і не залежав  від примхів природи та води?

І людина побудувала такий двигун. Це були теплові двигуни.

 

ІІІ. Повідомлення теми, мети, форми уроку.

 

ІV. Засвоєння нового матеріалу

1. Міні лекція вчителя.

Принцип роботи теплової машини описав в «Роздумах про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу» французький інженер Саді Карно. Його так і назвали на його честь «Цикл Карно».

Так що теке тепловий двигун?

Тепловими двигунами називають машини, в яких внутрішня енергія палива перетворюється на механічну енергію.

 

2. Семінарське заняття (перед початком учням роздається кросворд який вони відгадують завдяки отриманим знанням)

І. Парові машини

Існує легенда, що в ІІІ ст. до н.е., великий грецький математик і механік Архімед побудував гармату, яка стріляла за допомогою пари. Один кінець ствола сильно нагрівали на вогнищі а потім наливали туди воду. Вона миттєво випаровувалася перетворюючись в пар, який розширяючись з гуркотом викидав ядро. Це була перша парова машина в якій внутрішня енергія пари перетворювалася в механічну енергію ядра. А як надалі розвивалася історія парових машин?

1)      Історія парової машини

Першу парову машину збудував в 90-х роках 17ст. французький винахідник Дені Папен. Вона звичайно була не ідеальною. В циліндричній посудині з поршнем кип‘ятили воду. Утворена пара підіймала поршень. Потім посудину знімали з вогню і обливали холодною водою, пара конденсувалася, створювався вакуум і під дією атмосферного тиску поршень опускався вниз. Для наступного ходу поршня вгору треба було знову кип‘ятити воду в циліндрі. ККД цієї машини був дуже низьким, а робота була повільною. Однак великою заслугою Папена було те, що він правильно описав в якій послідовності повинен відбуватися процес роботи поршневої машини.

Пару одержували в котлі. Коли під дією сили тяжіння опускалися штанга насоса і вантаж, тоді підіймався поршень, що був підвішений на іншому кінці балансиру, а пара з парового котла поступала в циліндр. Коли поршень досягав свого найвищого положення, кран закривався, з посудини через кран в циліндр поступала холодна вода, пара конденсувалася й створювався вакуум. Атмосферний тиск примушував поршень опускатися, а вантаж підійматись. Ця машина працювала більш ніж 90 років, але мала багато недоліків.

Російський технік І.І.Ползунов значно вдосконалив парову машину. Вона мала два циліндра. Коли один з них з‘єднувався з паровим котлом, в інший потрапляла охолоджена вода, поршень опускався під дією атмосферного тиску. В той час, коли один з них опускався, під другий поступала пара і він підіймався. Рух поршнів передавався на шків і він безперервно обертався то в одну, то в іншу сторону.

Парова машина почала широко використовуватися після вдосконалення її англійцем Джеймсом Уаттом. Він розділив циліндр машини на два: в одному – гарячому – відбувалися впуск пари і робочий хід, а в другому – холодному – конденсація пари. Це зразу збільшило економічність машини: рухомою силою був не атмосферний тиск, а тиск самої пари.

Хоча перші парові машини були не досконалі, мали малий ККД, але саме їм  завдяки виникнення транспорту.

2)      Виникнення парового транспорту

Це відбулося в 1769 р. Незграбний візок на трьох колесах, попереду якого підіймався котел, з неуявним гуркотом зробив майже три кола на подвір ї паризького арсеналу. Візком управляв його винахідник Нікола Кюнью. Він призначався для перевезення гармат, його швидкість була5 км/год. В рух його приводила парова машина з двома циліндрами. Рух поршнів за допомогою механізмів передавався на переднє колесо яке починалося обертатися. Але практичного застосування цей візок не знайшов.

Заводські та рудні «чавунні дороги» на кінній тязі підказали англійському винахіднику Гиревітику думку поставити паровий екіпаж на рейси і зробити його локомотивом який буде тягнути поїзд з вантажем. Але цей паровоз також не отримав поширення, хоча вже в 1825 р. В Англії була відкрита залізнична колія суспільного використання. В 1829р. В Англії відбувся конкурс на кращий локомотив. Перемогу здобув паровоз «Ракета» Стефенсона. Він розвивав швидкість до21 км/год.

В Росії в 1834р. батько й син Черепанови побудували перший вітчизняний паровоз для перевезення руди по спеціальній чавунній дорозі із швидкістю15 км/год. При вантажі 3,5т. Потім був побудований паровоз, який міг рухатися не тільки вперед, а й назад і перевозити вантаж в 17т.

Перша залізнична дорога в Росії була відкрита в 1837р. Вона зв‘язала Петербург і Царське село.

 

ІІ. Двигуни внутрішнього згорання.

Місце парових двигунів в транспорті витіснили ДВЗ. Як це було?

3)      Історія створення ДВЗ

В 1860 р. французький винахідник Ленуар Створив двигун який був схожий на парову машину, але в циліндр поступав не пар, а суміш газу з повітрям, яка загорялася від іскри. Продукти згорання випускалися в атмосферу. Двигун Ленуара працював в багатьох країнах світу, але його ККД був низьким, всього 3-5%, а газ на той час коштував дорого.

Німецький механік Микола Отто в 1878р. Створив перший двигун, працюючий по чотиритактному циклі. На всесвітній виставці в Парижі Отто отримав в нагороду золоту медаль. Але його двигун працював лише на газі, а для транспорту потрібен був двигун, який працював би на паливі, яке можна було б перевозити.

Інженер Г.Даймлер побудував двигун, який працював на бензині. Він був схожий на двигун Отто, але мав карбюратор – бак з бензином, крізь шар якого проходило всмоктування повітря в циліндр. В 1885р. Даймлер побудував перший автомобіль з бензиновим двигуном, який мав швидкість18 км/год.

В 1892р. Інженер Рудольф Дизель отримав патент на двигун, в якому робочий процес відрізнявся деякими особливостями: в циліндрі стискалося тільки повітря, але дуже сильно, від сильного стиснення температура підвищувалася на стільки, що при вприскуванні в циліндр палива воно загорялося; утворені гази виконували робочий хід поршня.

В 1903р. Був побудований перший у світі теплохід «Вандал». На ньому були встановлені дизель-двигуни, які обертали генератор електричного струму, а вже електричні двигуни обертали гвинт теплоходу.

Перший у світі тепловоз був побудований в Росії і випробуваний 6 листопада 1924 р. Будова сучасних ДВЗ (використаний матеріал підручника)

4)      Будова сучасних  ДВЗ

5)      Принцип роботи ДВЗ

ІІІ. Парові  та газові турбіни.

На початку нашого століття  в Александрії жив та працював видатний вчений Герон, який описав роботу так названої Геронової кулі –  порожньої залізної кулі, яка може обертатися навколо горизонтальної осі. З закритого котла з окропом пар по трудці поступає в кулю та через вигнуті трубки виривається назовні. При цьому куля обертається. Внутрішня енергія пари перетворюється в механічну енергію кулі. Геронова куля – прообраз реактивних двигунів. А який вигляд мають реактивні двигуни  в наш час і де вони використовуються?

6)      Сучасні парові турбіни

7)      Газові турбіни та реактивні двигуни

            ІУ.Забруднення навколишнього середовища.

Учитель. Під час роботи теплових двигунів, виникає проблема забруднення навколишнього середовища. Забруднення повітря вихлопними газами, землі – мастилами і паливом, шумове забруднення, сморід – все це негативно впливає на здоров я людини.

8)  «Забруднення атмосфери»

            9)  «Парниковий ефект»

V. Закріплення.

1. Самоперевірка кросворду та незакінченого речення.

2. Гра «Мікрофон»

Учні висловлюють свою думку чи потрібно і надалі розвивати машинобудування і в якому напрямку.

3. Рольова гра «Як би я був мером міста, …». Учні пропонують свій варіант зменшення негативного впливу теплових двигунів на здоров‘я людей.

VІ.Оцінювання (індивідуально)

 

VІІ.Домашнє завдання.

 

Додаток

 

І. Розгадай кросворд.

  1. Винахідник парової машини, яка отримала широке розповсюдження.
  2. Винахідник, який побудував першу парову машину і перший ДВЗ.
  3. Винахідник першої парової машини з двома циліндрами для перевезення гармат.
  4. Винахідник чотиритактного ДВЗ, в який в попередньо стиснуте повітря вприскується паливо.
  5. Назва найбільш відомого із перших паровозів.
  6. Назва першого у світі теплоходу на якому  були встановлені дизель-двигуни.
  7. Винахідник паровоза.
  8. Винахідники, батько та син, які побудували перший паровоз в Росії.

Відповіді: Ватт, Папен, Кюнью, Дизель, «Ракета», «Вандал», Стефенсон, Черепанови.

 

ІІ. Доповни речення.

1. ДВЗ працюють на ________________________________________________________

2. Поршень двигуна переміщується в______________

3. Він з‘єднаний з колінчастим валом за допомогою __________

4. ДВЗ має _____ клапани: ________________________________________________________

5. Кожен хід поршня називається _________________

6. Всі ДВЗ чотиритактні. Ці такти називаються:___________

________________________________________________________________________________________________________________

 

ІІІ. Запропонуй варіант.

Якби ви були мером міста, щоб ви запропонували щоб зменшити негативний вплив теплових двигунів на здоров‘я людей, які мешкають в вашому місті.___________________________________________________________________________________________________________________