Цель: разъяснить принцип действия теплового двигателя. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Ход урока

I . Организационный момент

II . Повторение изученного

1. Что называется тепловым двигателем?

2. Что называют нагревателем, холодильником?

3. Какова роль их в работе теплового двигателя?

4. Что называют рабочим телом? Какие вещества используются в качестве рабочего тела в двигателях?

5. По какой формуле определяют работу, совершаемую двигателем?

6. Что называется КПД теплового двигателя?

7. По какой формуле определяется КПД машины Карно?

8. Каков КПД двигателей внутреннего сгорания?

III . Изучение нового материала

Запасы внутренней энергии в океанах и земной коре можно считать практичес­ки неограниченными. Но располагать запасами недостаточно. Необходимо за счет энергии уметь приводить в действие устройства, способные совершать работу.

Большая часть двигателей на планете – это тепловые двигатели, т. е. устрой­ства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Эксперимент

На электроплитку поставлен высокий химический стакан с водой. Внутри воды находится перевернутая пробирка, частично заполненная водой. Как будет вести себя пробирка?

(Ответ. По мере нагревания жидкости прогревается воздух в пробирке. Он расширяется и вытесняет часть воды из пробирки. В результате этого уменьша­ется сила тяжести системы, состоящей из пробирки и воды в ней. Как только сила тяжести станет меньше выталкивающей силы, произойдет всплытие. После со­прикосновения пробирки с наружным воздухом, она немного остынет. Воздух сожмется, и вода зайдет в пробирку, пробирка опустится на дно. И все это нео­днократно повторится.)

Мы получили тепловую машину. При каждом цикле совершается положи­тельная работа по преодолению трения пробирки при движении в воде. Если про­бирку «нагружать снизу*-, а «разгружать» вверху, то такую тепловую машину можно использовать для подъема груза.

Если стакан закрыть, то температура верхних слоев воды и воздуха повысит­ся и машина не будет работать.

На этом примере можно проследить общие принципы всех тепловых двига­телей.

От платки получаем тепло Q ₍ (нагреватель) и передаем «холодильнику» Q ₂ за счет того, что О > Q ₀ и совершается работа. Холодильником служит, как пра­вило, атмосфера или специальное устройство.

Применение тепловых двигателей

Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей (в основ­ном мощных паровых турбин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Около 80 % всей электро­энергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях.

Тепловые двигатели (паровые турбины) устанавливают также на атомных электростанциях.

На всех основных видах современного транспорта преимущественно исполь­зуются тепловые двигатели. На автомобилях применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания с внешним образованием горючей смеси. (Карбюраторные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси непосредственно внутри цилиндров (дизели).

На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с ди­зельными установками и электровозы.

На водном транспорте используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные турбины для крупных судов.

В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигатели, а на огром­ных лайнерах – турбовинтовые и реактивные двигатели, которые также относятся к тепловым двигателям. Реактивные двигатели применяются и на космических ракетах.

Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима.

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Неуклонный рост энергетических мощностей – все большее распростране­ние укрощенного огня – приводит к тому, что количество выделяемой теплоты становится сопоставимым с другими компонентами теплового баланса в атмосфере. Это не может не приводить к повышению средней температуры на Земле. Повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофи­ческого повышения уровня Мирового океана. Но этим не исчерпываются нега­тивные последствия применения тепловых двигателей. Растет выброс в атмос­феру микроскопических частиц – сажи, пепла, измельченного топлива, что приводит к увеличению «парникового эффекта», обусловленного повышением концентрации углекислого газа в течение длительного промежутка времени. Это приводит к повышению температуры атмосферы.

Выбрасываемые в атмосферу токсические продукты горения, продукты не­полного сгорания органического топлива – оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

Все это ставит ряд серьезных проблем перед обществом.

Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в ав­томобильных двигателях, а также увеличения эффективности использования энергии, экономии ее на производстве и в быту.

Домашнее задание

§ 22-23. Упражнение 12