Конспект урока "Необратимые тепловые процессы. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели. Принцип работы теплового двигателя" 8 класс


Предмет: физика Дата:12.11.2016г
Тема: Необратимые тепловые процессы. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели. Принцип
работы теплового двигателя.
Класс: 8"А"."Б"
Цель урока: Изучить принцип действия тепловых двигателей.
Задачи урока:
Образовательные:
1. Изучить историю создания тепловых двигателей.
2. Изучить устройство теплового двигателя.
3.Показать цикличность работы теплового двигателя.
Развивающие:
1.Построить собственную модель теплового двигателя.
2. Рассчитать КПД теплового двигателя.
Воспитательные:
Воспитание бережного отношения к окружающей среде.
Тип урока: Комбинированный урок
План проведения урока:
Этапы урока
1.Организационный момент. Вступительное слово учителя.
2.Актуализация знаний.
3.Изучение нового материала.
4. Решение расчетной задачи.
5. Закрепление
6. Рефлексия: Подведение итогов урока.
7. Домашнее задание.
Ход урока
I. Организационный момент. Повторение
Двухатомный газ при давлении 105Па изобарно расширился, при этом его объем увеличился на 5 м3.
Найти работу расширения газа, количество теплоты, сообщенной ему и величину, на которую изменилась
его внутренняя энергия.
Aʹ = P ΔV = 5·105 ( Дж); ΔU = 5P ΔV/2 = 12,5·105 (Дж); ΔQ = ΔU + Aʹ = 17,5 ·105 (Дж)
2. Вычислить количество теплоты нужно передать 2 кг воды при температуре 20˚С, чтобы сначала нагреть
ее до кипения, а потом превратить в пар?
Q = с m Δt = α·m
Газ, находящийся под давлением 105 Па, изобарно расширился, совершив работу А = 25 Дж. Насколько
увеличился объем газа?
A = P ΔV; ΔV = A/P; ΔV = 25·105м³
Газу передано 100 Дж количества теплоты, а внешние силы совершили над ним работу 300 Дж.
Чему равно изменение внутренней энергию газа?
400Дж
Газ получил количество теплоты 300 Дж. Его внутренняя энергия увеличилась на 200 Дж. Чему
равна работа, совершенная газом?
100Дж
6. Газ, находящийся под давлением р = 105 Па, изобарно расширился, совершив работу А = 25
Дж. На сколько увеличился объем газа?
2,5 · 10-
4 м3
II. Изучение нового материала
План изложения нового материала:
1. Виды тепловых двигателей.
2. КПД тепловой машины.
3. Влияние работы тепловых машин на окружающую среду.
1. Переходя к рассмотрению основного материала, необходимо подчеркнуть, что все физические явления,
законы в конечном итоге находят применение в повседневной жизни человека.
Жизнь людей невозможна без использования различных видов энергии. Источниками энергии являются
различные виды топлива, энергия ветра, солнечная энергия, энергия приливов и отливов. Поэтому
существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии
в другой.
Таким образом, машина - устройство, которое служит для преобразования одного вида энергии в другой.
Другого назначения у машин нет.
Электрические двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую, генераторы преобразуют
механическую в электрическую, и так далее.
Тепловые машины преобразуют внутреннюю энергию в механическую. Внутренняя энергия тепловых
машин образуется за счет энергии топлива. К ним относятся: паровая и газовая турбины, двигатель
внутреннего сгорания, дизель, паровая машина, реактивный двигатель.
Разнообразие видов тепловых машин указывает лишь на различие в конструкции и принципах
преобразования энергии. Общим для всех тепловых машин является то, что они изначально увеличивают
свою внутреннюю энергию за счет сгорания топлива, с последующим преобразованием внутренней
энергии в механическую. Любой газ, который расширяется, совершает положительную работу:
U = А, где А - работа газа, -AU - уменьшение внутренней энергии.
2. Очевидно, что никогда не может произойти эквивалентного преобразования внутренней энергии в
работу: часть внутренней энергии уходит на нагревание деталей машин, на преодоление трения в узлах, на
рассеивание в окружающую среду. Первая паровая машина преобразовывала менее 1% от всей энергии в
полезную работу.
Под коэффициентом полезного действия (КПД) машины понимают отношение работы к той энергии,
которая выделилась при полном сгорании топлива. КПД машины обозначается буквой η эта»).
η= ~ -100%. Так как А < Q, для всех машин η < 100%.
Для характеристики эффективности тепловой машины по превращению внутренней энергии в
механическую вводится коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины. КПД машины равен
отношению совершенной работы к количеству теплоты, полученной от нагревателя: η=
Q
QQ
=
Q
A
Он означает, какую часть гот энергии, выделенной топливом, составляет полезная работа.
В термодинамики доказывается, что при идеальном процессе превращения внутренней энергии в
механическую и при отсутствии тепловых потерь максимальный КПД машины был бы равен η=
T
TT
,
где Т
1
максимальная температура рабочего тела, Т
2
минимальная температура холодильника или
отработанных продуктов горения.
Если проследить историю развития тепловых машин, то следует заметить, что постоянное
усовершенствование машин в конструкции, в создании новых видов топлива привело к тому, что
современные машины имеют достаточно высокие значения КПД по сравнению с первоначальными
моделями. Для современных паровых турбин КПД достигает 30-40%, для двигателей внутреннего
сгорания 30-35%, для дизельных двигателей 35-42%.
С момента, когда Джеймс Уатт в 1768 г. построил первую паровую машину, до настоящего времени
прошло более 240 лет. За это время тепловые машины очень сильно изменили содержание человеческого
труда. Именно; применение этих машин позволило человечеству шагнуть в космос, раскрыть тайны
морских глубин. Уровень развития любой страны определяется тем, какое количество различных машин
приходится на душу населения.
Решение задач
1. Во время сгорания топлива в тепловом двигателе выделилось количество теплоты 200 кДж, а
холодильнику передано количество теплоты 120 кДж. Какой КПД теплового двигателя? (40 %)
2. Максимально возможный КПД двигателя, у которого температура нагревателя 2000 К, а температура
холодильника 100 °С? (87 %)
3. Температура нагревателя идеальной тепловой машины равна 477 °С. Какой должна быть температура
холодильника, чтобы КПД машины равен 80 %?
Домашнее задание
1. § 22-23 учебника; вопросы и задания к параграфу.