Конспект урока по физике Тепловые двигатели. КПД. Пути совершенствования тепловых машин и решения экопроблемы

СабаK/Урок: ______ Дата _____________ ТаKырып/Тема:
Тепловые двигатели. КПД теплового двигателя. Пути совершенствования тепловых двигателей.

ОKыту мен т‰рбиелеудіS міндеттері/Учебно-воспитательные задачи:
1.Образовательные: обеспечить в ходе урока усвоение принципа работы тепловой машины, её строения, усвоение термина «КПД»; подвести учащихся к пониманию сущности экологической проблемы и нахождения путей для её решения; сформировать умения и навыки учебно-познавательного характера.
2.Развивающие: развивать мотивационные, интеллектуальные и познавательные качества; самостоятельность в обучении; умение логически рассуждать, четко, кратко и исчерпывающе излагать свои мысли.
3. Воспитательные: воспитывать усидчивость, умение преодолевать трудности, аккуратность при выполнении заданий, силы воли, настойчивости и упорства.
МаKсат/Цель: Ознакомить с устройством и принципом работы ДВС; разъяснить термин «коэффициент полезного действия теплового двигателя»; выдвинуть пути совершенствования тепловых двигателей. (цели разработаны для каждой группы в отдельности).
Jaрал-жабдыKтар, к™рнекті Kaралдар/Оборудование, наглядные пособия: бумага, фломастеры, выделители, раздаточный материал, скотч, ножницы и клей.
СабаK т_рі/Тип урока: изучение нового материала путем внедрения семи модулей программы трехуровневых курсов переподготовки кадров.
€діс-т‰сілдер/Методы: словесный, наглядный, репродуктивный и поисковый.
СабаKты Kорытындылау/Итоги урока: запись и разбор домашнего задания, подведение итогов, выставление оценок в дневник и журнал.
^йге тапсырма беру/Задание на дом: § 22, 23, 26 составить логическую цепь.

СабаK барысы/Ход урока:
Этапы урока
Затраченное время и
использованный модуль
Действие учителя на уроке
Действие учеников на уроке

1.Орг. момент.
4-5 мин
Модуль: «Новые подходы в образовании»
Создание коллаборативной среды на уроке, проведение тренинга «Африканский дождь» (приложение 1.1).
Деление класса на 3 команды путем счета до трех. (Первые номера – это первая команда; вторые номера – вторая; третьи номера – третья команда).
Назначить оценщика, распределить роли каждого члена в группе и предоставить лист оценивания (приложение 1.2) внутри группы каждой команде.
Внимательно слушают учителя, участвуют в тренинге.


Делятся на группы и рассаживаются за отдельные столы.





Каждый оценщик внимательно слушает свою миссию на уроке.

2. Актуализация знаний
5-7 мин
Модуль: «Критическое мышление»
Раздает карточки с физическими величинами и их единицами измерения, по которым учащиеся будут выполнять разные задания и составлять формулы (приложение 2.1 и 2.2).
Внимательно слушают учителя, выполняют предложенные задания.

3. Изучение нового материала
15 мин





















9-10 мин
Модуль: «Новые подходы в образовании» (диалоговое обучение)
Модуль: «Критическое мышление»
Модуль: «Обучение талантливых и одаренных детей»
Модуль: «Лидерство в управлении учебным процессом»
Каждой группе выдается бумага, фломастеры, раздаточный разрезной материал, скотч, ножницы, клей и тема мини-проекта (приложение 3.1, 3.2 и 3.3). Обговаривается регламент работы над мини-проектом. Вывешивается балльная шкала оценивания, которая переводится в проценты и оценки.
Распределяются роли спикера, тайм-менеджера, координатора и модераторов.

Учитель старается просмотреть работу каждой группы; координировать процесс составления мини-проекта по-необходимости.
Учитель внимательно и молча слушает защиту мини-проектов каждой группы.
Учащиеся работают над созданием и оформлением мини-проекта.
Каждый ученик работает согласно полученной роли, но не забывает о командном духе и о правилах работы в группе.
Спикер также готовится к защите мини-проекта, тайм-менеджер следит за временем.






После окончания регламента работы над мини-проектом, спикер защищает свой мини-проект перед классом, тайм-менеджер продолжает следить за временем, а оценщик продолжает фиксировать работу внутри группы.

4. Закрепление изученного материала
3 мин










4 мин
Модуль: «Критическое мышление»

Учитель проводит игру «Банк вопросов» (приложение 4.1). Заранее подготовленные вопросы выкладываются на столы по 6 штук.
Дается время на подготовку ответов по данным вопросам.
Учитель заслушивает ответы учащихся
Работают с полученными 6 вопросами, ищут на них ответы, распределяют вопросы между собой.





Учащиеся внимательно слушают отвечающего, по-необходимости корректируют ответ.

5. Рефлексия урока
2 мин
Модуль: «Критическое мышление»

Учитель предлагает ученикам написать рефлексию урока на заранее заготовленных листах (приложение 5.1).
Ученики пишут рефлексию урока.

6. Итог урока
1 мин
Модуль: «Лидерство в управлении учебным процессом»
Собирает листы оценивания, слушает рефлексию учеников, подводит итог урока.
Переводят набранные баллы в оценки, сдают листы оценивания учителю. Некоторые ученики могут зачитать свою рефлексию.
























приложение 1.1

Тренинг «Африканский дождь».
Участники тренинга становятся в общий круг спиной друг к другу. Слушая рассказ учителя, выполняют все действия, проговариваемые в рассказе.
«Представьте, что вы находитесь в самом сердце африканской пустыни Сахара. Вы медленно идете, изнемогая от жары и усталости. Ваши руки тяжело свисают вдоль вашего тела, а ноги устало волочатся за вами. Вы ужасно устали, ваши губы пересохли от испепеляющей жары, и вы очень сильно хотите пить. И вдруг на небе появляются тяжелые облака, которые дарят вам первые капли живительной влаги. Первые капли падают вам на голову, плечи, спину и руки. С каждой секундой капли падают все быстрее и быстрее. Дождь бьет по вашей спине с огромной силой. Вы радостно поднимаете голову вверх, прикрываете глаза, открываете рот и ловите дождевые капли ртом. Напившись, вы оживаете, бодро встряхиваетесь, трясете головой. Сейчас вы полны сил, здоровья, вы счастливы! Дождь начинает утихать. Как же прекрасно чувствовать себя бодрым и полным сил! Пора приступать к новой работе!»
Во время проведения тренинга учащиеся двигаются по кругу, имитируя свое поведение в пустыне. Для того чтобы прочувствовать капли дождя стучат пальцами по голове, спине, рукам и плечам впереди идущего. После окончания тренинга, учитель делит учеников на команды, которые рассаживаются за отдельные столы.

приложение 1.2

Лист оценивания внутри группы № 1.
Имя участника группы
Отметка о заработанном балле


















Лист оценивания внутри группы № 2.
Имя участника группы
Отметка о заработанном балле


















Лист оценивания внутри группы № 3.
Имя участника группы
Отметка о заработанном балле





















приложение 2.1













13 EMBED PBrush 1415

























приложение 2.2

2. Актуализация знаний: задание к карточкам.

Составить формулу, которая помогает рассчитать количества теплоты необходимое для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.
Составить формулу, которая помогает рассчитать количества теплоты, выделившегося при полном сгорании топлива любой массы.
Составить формулу, которая помогает рассчитать количества теплоты, выделившееся при превращения 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость при той же температуре.
Составить формулу, которая помогает рассчитать количества теплоты, необходимое для испарения жидкости любой массы.
Из предоставленных физических величин, выберите те величины, которые измеряются в Дж.
Из предоставленных физических величин, выберите те величины, которые измеряются в Дж/кг.
Из предоставленных физических величин, выберите те величины, которые измеряются в Дж/ кг 0С
Поднимите вверх букву, которая обозначает удельную теплоемкость вещества.
Поднимите вверх букву, которая обозначает удельную теплоту парообразования и конденсации.
Поднимите вверх букву, которая обозначает удельную теплоту плавления.


























приложение 3.1

Раздаточный разрезной материал для группы № 1
«Тепловые машины. Принцип работы теплового двигателя».

Рассказать о:
Общее строение тепловой машины
Роль холодильника в тепловой машине
Роль нагревателя в тепловой машине
Строение ДВС
Четыре такта работы ДВС

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Перейдем теперь к другим типам тепловых двигателей. Самый распространенный тип современного теплового двигателя двигатель внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания устанавливаются на автомобилях, самолетах, танках, тракторах, моторных лодках и т. д. Двигатели внутреннего сгорания могут работать на жидком топливе (бензин, керосин и т. п.) или на горючем газе, сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева (газогенераторные двигатели).
Рассмотрим устройство четырехтактного бензинового двигателя автомобильного типа. Устройство двигателей, устанавливаемых на тракторах, танках и самолетах, в общих чертах сходно с устройством автомобильного двигателя. Основной частью двигателя внутреннего сгорания является один или несколько цилиндров, внутри которых производится сжигание топлива. Отсюда и название двигателя.
Внутри цилиндра может передвигаться поршень. Поршень представляет собой полый, с одной стороны закрытый цилиндр 1, опоясанный пружинящими кольцами 2, вложенными в канавки на поршне (поршневые кольца).




[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]


Назначение поршневых колец не пропускать газы, образующиеся при сгорании топлива, в промежуток между поршнем и стенками цилиндра (показаны штриховой линией). Поршень снабжен металлическим стержнем 3




[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]


(«пальцем»), служащим для соединения поршня с шатуном 4. Шатун в свою
очередь служит для передачи движения от поршня коленчатому валу 5.
Работа двигателя состоит из четырех тактов.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Четыре такта работы двигателя внутреннего сгорания
I такт всасывание. Открывается впускной клапан /, и поршень 2,
двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь из карбюратора.
II такт сжатие. Впускной клапан закрывается, и поршень, двигаясь
вверх, сжимает горючую смесь. Смесь при сжатии нагревается.
III такт сгорание. Когда поршень достигает верхнего положения (при
быстром ходе двигателя несколько раньше), смесь поджигается электрической искрой, даваемой свечой. Сила давления газов раскаленных продуктов сгорания горючей смеси толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, и этим производится полезная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются и давление их падает. К концу рабочего хода давление в цилиндре падает почти до атмосферного.
IV такт выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан 3, и
отработанные продукты горения выбрасываются сквозь глушитель в атмосферу.
Из четырех тактов двигателя (т. е. за два оборота коленчатого вала) только
один, третий, является рабочим. Ввиду этого одноцилиндровый двигатель должен быть снабжен массивным маховиком, за счет кинетической энергии которого двигатель движется в течение остальных тактов. Одноцилиндровые двигатели ставятся главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах и т. п. с целью получения более равномерной работы двигателя ставятся четыре, шесть и более цилиндров, установленных на общем валу так, что при каждом такте по крайней мере один из цилиндров работает. Чтобы двигатель начал работать, его надо привести в движение внешней силой. В автомобилях это делается при помощи особого электромотора, питающегося от аккумулятора (стартер).
Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Но для решения практических задач располагать запасами энергии еще недостаточно. Необходимо еще уметь за счет энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], тракторы и другие машины, вращать роторы генераторов электрического тока и т. д. Человечеству нужны двигатели - устройства, способные совершать работу. Большая часть двигателей на Земле - это тепловые двигатели. Тепловые двигатели - это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.    Принципы действия тепловых двигателей. Для того чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Во всех тепловых двигателях эта разность давлений достигается за счет повышения температуры рабочего тела (газа) на сотни или тысячи градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.   Одна из основных частей двигателя - сосуд, наполненный газом, с подвижным поршнем. Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ, который совершает работу при расширении. Обозначим начальную температуру рабочего тела (газа) через T1. Эту температуру в паровых турбинах или машинах приобретает пар в паровом котле. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри самого двигателя. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] T1 температурой нагревателя.'    Роль холодильника. По мере совершения работы газ теряет энергию и неизбежно охлаждается до некоторой температуры T2, которая обычно несколько выше температуры окружающей среды. Ее называют температурой холодильника. Холодильником является атмосфера или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. В последнем случае температура холодильника может быть немного ниже температуры атмосферы.    Таким образом, в двигателе рабочее тело при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы. Часть теплоты неизбежно передается холодильнику (атмосфере) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. Эта часть внутренней энергии теряется.    Тепловой двигатель совершает работу за счет внутренней энергии рабочего тела. Причем в этом процессе происходит передача теплоты от более горячих тел (нагревателя) к более холодным (холодильнику).    Принципиальная схема теплового двигателя изображена на рисунке 13.11.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
   Рабочее тело двигателя получает от нагревателя при сгорании топлива количество теплоты Q1совершает работу Aґ и передает холодильнику количество теплоты Q2История создания тепловых машин. XVII век.
Французский физик Дени Папен вместе с немецким ученым Бюйгесом работал с 1682 года над созданием машины, в которой поршень внутри трубки поднимался бы при помощи взрыва порохового заряда, помещенного под цилиндром. После длительных экспериментов в 1690 году они нашли идеально работающее тепло – воду. Также он обнаружил увеличение температуры кипения с ростом давления воды и применил это открытие для получения воды при температуре выше 100 градусов по Цельсию, нагревая его в закрытом котле. Во избежание взрыва из-за слишком большого давления он применил изобретенный им предохранительный клапан.
История создания паровых двигателей. В 1698 году англичанин Томас Севери изобрел паровой насос для откачки воды из шахт. А в 1705 году, познакомившись с работами Папена, слесарь Томас Ньюкомен получил патент на изобретенную им тепловую машину. Она была первой машиной, которая с успехом применялась для подъема воды из шахт. Однако машина была крайне громоздкой и требовала огромного количества угля. Поэтому ее можно было использовать только для откачки воды на шахтах. Понадобилось долее 50 лет, прежде чем появился первый паровой двигатель непрерывного действия. Его создал наш соотечественник Иван Иванович Ползунов (в 1766 году)- русский ученый, механик. В первом из двух проектов Ползунова была разработана (впервые в мире) универсальная двухцилиндровая паровая машина непрерывного действия с рабочим валом. При этом вторая машина была в 10 раз больше и в 15 раз мощнее первой.
По расчетам исследователей, ее мощность составляла от 32 до 40 л. с. Второй проект был воплощен самим Ползуновым, отдавшим этой работе все свои силы. Машина была выполнена целиком из металла (впервые в мире), проработала всего два месяца, но даже за этот короткий срок не только окупила все затраты, но и принесла немалый доход. Была пущена в Барнауле, с помощью нее было расплавлено 9000 пудов серебряной руды.
Создателем универсального парового двигателя, который получил широкое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт. Он намеревался прежде всего исключить потерю тепла за счет охлаждения цилиндра. В 1784 году ему пришла идея выводить пар из цилиндра, соединив в надлежащий момент цилиндр с пустым резервуаром, куда пар сам бы устремлялся. Так был изобретен конденсатор. Также Уатт внес в свою машину такие усовершенствования, как центробежный регулятор ввода пара, золотник, паровая рубашка вокруг цилиндра, индикатор давления. Машина была двойного действия, то есть пар поступал по обе стороны от поршня.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]


























приложение 3.2

Раздаточный разрезной материал для группы № 2
«КПД теплового двигателя».

Рассказать о:
Расход энергии в тепловой машине
Работа Сади Карно в создании теплового двигателя
Что такое КПД и что он характеризует?
Как рассчитать КПД?
Как можно повысить КПД и возможно ли это?

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ  ( КПД )  ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Для характеристики работоспособности двигателей введено понятие коэффициента полезного действия ( КПД ).Впервые ввел в науку и технику понятие коэффициента полезного действия двигателя французский инженер Сади Карно.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] .
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Коэффициент полезного действия в процентах равен отношению полезной работы к совершенной.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
или же отношению полезной работы к количеству теплоты, выделенной при сгорании топлива.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя. Назначение теплового двигателя производить механическую работу. Но только часть теплоты, полученной двигателем, затрачивается на совершение работы. Отношение механической работы, совершаемой двигателем, к израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия двигателя (к. п. д.).
Рассмотрим вопрос об учете энергии, расходуемой в двигателе. Обычно это энергия смеси: топливо кислород воздуха. Ее легко оценить, если известны количество топлива и его удельная теплота сгорания, т. е. количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива. Удельную теплоту сгорания различных сортов топлива определяют, сжигая небольшую порцию топлива в закрытом сосуде, помещенном в калориметр. Удельная теплота сгорания некоторых сортов топлива приведена в табл. 25 (цифры округлены).

Удельная теплота сгорания некоторых сортов топлива

Топливо
Удельная теплота сгорания, МДж/кг

Керосин
Бензин
Уголь каменный
-бурый
Дерево
44
46
30
20
10


Рассмотрим пример. Пусть в двигателе сожжено 3 кг бензина. Выделившаяся при этом энергия равна 46 МДж/кг х З кг=138 МДж. Если при израсходовании 3 кг бензина двигатель произвел работу 29 МДж, то его КПД= 29 : 138 = 0,21, т. е. равен 21 %.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания.
Присматриваясь к условиям, при которых производится работа в двигателе
внутреннего сгорания, мы видим сходство с условиями, при которых производится работа в паровом двигателе. Здесь тоже имеется наличие разности температур: с одной стороны, источник тепла (в данном случае источником тепла является химическая реакция горения) создает высокую температуру рабочего вещества; с другой стороны, имеется громадный резервуар, в котором рассеивается получающаяся теплота, атмосфера; она играет роль холодильника.




[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]


Энергетический баланс автомобильного двигателя
Так как температура газов, получающихся при сгорании смеси внутри цилиндра, довольно высока (свыше 1000 °С), то к. п. д. двигателей внутреннего сгорания может быть значительно выше к. п. д. паровых двигателей. На практике КПД двигателей внутреннего сгорания равен обычно 2030 %. Примерный энергетический баланс двигателя автомобильного типа показан на верхнем рисунке.
Коэффициент полезного действия (КПД;
·).
Содержание
Величина
Наименование

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Коэффициент полезного действия. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] 
КПД реального теплового двигателя. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] 
КПД идеального теплового двигателя (максимально возможный)

· - КПД
%


А - полезная работа двигателя
Дж


Q1 - затраченная энергия; теплота, даваемая рабочему телу нагревателем
Дж


Q2 - теплота, отдаваемая рабочим телом холодильнику
Дж


Т1 - температура нагревателя
К


Т2 - температура холодильника
К


Максимальное значение КПД тепловых двигателей. Законы термодинамики позволяют вычислить максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего с нагревателем, имеющим температуруT1, и холодильником с температурой T2. Впервые это сделал французский инженер и ученый Сади Карно (1796-1832) в труде «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1824).    Карно придумал идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела.
   Карно получил для КПД этой машины следующее выражение:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Формула (13.19) дает теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, 
·=1.    Но температура холодильника практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твердое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.    Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими. Так, для паровой турбины начальные и конечные температуры пара примерно таковы: T1
·800 K и T2
·300 K. При этих температурах максимальное значение коэффициента полезного действия равно:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
   Действительное же значение КПД из-за различного рода энергетических потерь приблизительно равно 40%. Максимальный КПД - около 44% - имеют двигатели Дизеля.    Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному - важнейшая техническая задача.    Тепловые двигатели совершают работу благодаря разности давлений газа на поверхностях поршней или лопастей турбины. Эта разность давлений создается с помощью разности температур. Максимально возможный КПД пропорционален этой разности температур и обратно пропорционален абсолютной температуре нагревателя.    Тепловой двигатель не может работать без холодильника, роль которого обычно играет [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].









приложение 3.3


Раздаточный разрезной материал для группы № 3.
«Пути совершенствования тепловых двигателей».

Рассказать о:
Что такое экология и важно ли это для человечества?
Положительная роль тепловых машин.
Отрицательная роль тепловых машин.
Пути решения экологической проблемы.

Слово «экология» вам знакомо: вы часто его слышите, встречаете в газетах, книгах. В переводе с греческого оно означает «наука о доме, жилище». Поэтому не случайно эти словом называют ныне науку об отношениях растительных и животных организмов, в том числе людей, с окружающей средой – тем домом, в котором живет человечество.
Чтобы жить в нем без страха за свое будущее, за свое здоровье, радоваться красотам природы, нужно беречь этот дом, иначе вообще можно погибнуть.
Человек – часть природы, и ее разрушение грозит ему множеством бед. У Земли много проблем, и одна из них – тепловые машины. Поэтому сейчас мы и остановимся на положительной и отрицательной роли тепловых машин в жизни человека, и попытаемся наметить выход из сложившейся экологической обстановки.
А началось все в XVII веке, когда простое предложение о замене пробирки поршнем позволило сделать вывод о возможности поставить пар на службу человеку.
Положительная роль тепловых машин.
Каким же образом были реализованы проекты тепловых двигателей, предложенные учеными?
Огромное значение имели паровые двигатели до середины XX века, так как были основными на железной дороге. Сегодня там большее распространение получили дизельные двигатели, то есть ДВС. Мощные паровые турбины используются и на водном транспорте, и на всех АЭС, где для получения пара высокой температуры используют энергию атомных ядер. Паровые турбины установлены и на ТЭЦ, которые вырабатывают более 80% энергии для страны. Именно паровые турбины приводят в движение роторы генераторов электрического тока. С момента их изобретения тепловые двигатели стали играть большую роль в жизни и деятельности человека. Так, ДВС используются в автомобильном транспорте: их устанавливают на автомашинах, мотоциклах, мопедах, грузовых автомобилях. Кроме автотранспорта, ДВС используют на железнодорожном транспорте, в легкой авиации, в бензопилах, газонокосилках, на различном сельскохозяйственном оборудовании, тракторах, комбайнах. Этот вид двигателей хорош своей сравнительно высокой мощностью при относительно небольших размерах. И, наконец, третий тип тепловых двигателей, реактивные. Преимуществом РД перед паровыми и ДВС является высокий КПД, до 60%. Следовательно, РД целесообразно устанавливать на авиационном и космическом транспорте.
На легких самолетах используются поршневые двигатели, а на больших лайнерах устанавливают реактивные двигатели. Это очень выгодно, так как если реактивный двигатель заменить поршневыми такой же мощности, то из-за громоздкости и тяжести последнего его будет невозможно установить на самолет. Яркий пример применения в авиации реактивных двигателей – «ТУ – 144».
Для космического транспорта также используют реактивные двигатели. Они позволяют развить высокую скорость, чтобы многотонный космический корабль смог преодолеть гравитационные силы Земли и выйти на околоземную орбиту.
Таким образом, тепловые двигатели играют положительную роль в жизни и развитии человечества, находя широкое применение в транспорте, торговле, выработке электроэнергии, исследовании космоса и планет.
Отрицательная роль тепловых машин.
Открытие ТМ приходится на индустриальный период в истории взаимодействия общества и природы и является кульминацией техногенной эпохи. Этот период охватывает время с XVII до середины XX века.
Для улучшения своего благосостояния человек изобретает не только машины. Качественно изменяется химическое воздействие человека на биосферу вследствие синтеза новых веществ, рассеивания загрязнений на огромные территории. Многократно превышается выработка тепла за счет сжигания горючего.
Мы видим, что кроме положительного эффекта от использования ТМ проблема имеет и другую сторону.
Ученые, делая открытия, не задумывались об их последствиях для окружающей среды. На первых порах экосистемы биосферы, благодаря естественным процессам саморегуляции, в основном справлялись с этими воздействиями, но по мере возрастания масштабов и темпов производственной деятельности возможности восстановления экосистем оказались исчерпаны. Стали наблюдаться заметные изменения в биологических, химических, физических показателях биосферы.
Человек долго использовал ДВС не зная о его отрицательном воздействии на человека, животных, растения. Лишь в последнее время это отрицательное воздействие заметили и начали с ним бороться. Основными загрязнителями атмосферы являются машины, особенно грузовики. Количество и концентрация вредных веществ в выхлопах зависят от вида и качества топлива. В основном это такие вещества, как углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, гексен, пентен, кадмий, серный ангидрид, сернистый ангидрид, свинец, хлор и некоторые его соединения. Эти вещества отрицательно воздействуют на человека, животных, растения и вызывают глобальные изменения в биосфере.
Теперь конкретно рассмотрим их воздействие. Углекислый газ, угарный газ, оксиды серы, оксиды азота являются «парниковыми» газами, то есть вызывают парниковый эффект, выражающийся в повышении температуры у поверхности Земли. Его механизм заключается в образовании особого слоя в атмосфере, который отражает тепловые лучи, идущие от Земли, не давая им уходить в космическое пространство. Это может привести к таянию льда в полярных областях и, как следствие, к повышению уровня Мирового океана. Но надо сказать, что тепловой эффект почти компенсируется ледниковым эффектом. Последний вызывается слоем пылевых частиц, которые отражают тепловые лучи, идущую от Солнца, обратно в космос.
В год образуется 2,4 – 10 тонн СО, 7 млн тонн СО2. Угарный газ токсичен, образует с гемоглобином крови прочное соединение – карбоксигемоглобин, что препятствует поступлению достаточного количества О2 в мозг и, как следствие, увеличивает число психических заболеваний SO2, NO являются мутагенами, тератогенами, образуют с туманом или дождем смог и кислотные дожди. Оксиды серы с водой образуют серную кислоту, а оксид азота образует азотную и азотистую кислоты. У человека они вызывают поражения кожи, обструктивный рахит, отек легких. У животных также наблюдаются нарушения жизнедеятельности и даже гибель. У растений в первую очередь поражаются листья, а в дальнейшем гибнет все растение. Так, в Скандинавии наблюдается массовая гибель лесов по этой причине. Также эти дожди вызывают коррозию металлов и разрушение зданий. Кроме того, оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя.
Кадмий отрицательно воздействует на костную и половую системы, кору надпочечников, зубы, нарушает углеродный обмен. При большой концентрации он вызывает болезнь «итай-итай».
Свинец является тератогеном, вызывает у грудных детей нарушение ЦНС, костной системы, слуха, зрения – и в дальнейшем смерть. У взрослых он вызывает нарушение кровеносной системы.
Также ДВС поглощает кислород, уменьшая его концентрацию в атмосфере.
Мы провели анализ негативного воздействия ДВС окружающую среду. Рассмотрим частный случай – автомобиль. Да, человек не мыслит сейчас своего существования без автотранспорта. Но если посмотреть на это удобство с другой точки зрения, то количество выбрасываемых автомобилем продуктов сгорания заставляет ужаснуться.
Один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы больше 4 тонн О2, выбрасывает с выхлопными газами около 800 кг СО, 40 кг оксидов азота, 200 кг различных углеводородов.
Автомобильные выхлопные газы – смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды – не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива. Среди которых большое место занимают непредельные углеводороды этиленового ряда, особенно гексен и пентен. Их доля возрастает в 10 раз, когда двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости, то есть во время заторов или у красного сигнала светофора.
СО2 и большинство других выбросов тяжелее воздуха, поэтому они скапливаются у поверхности земли.
Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества.
В 1 л бензина может содержаться 1 г тетраэтилсвинца, который разрушается и выбрасывается в атмосферу в виде соединений свинца.
Свинец - один из основных загрязнителей внешней среды, его поставляют главным образом современные двигатели с высокой степенью сжатия, выпускаемые автомобильной промышленностью.
Воздух загрязняют вредные вещества, содержащиеся в отработанных газах автомобилей, твердые частицы, поднимаемые с пылью колесами автомашин. Воду загрязняют стоки с автомоек, стоянок, гаражей, АЗС. Почву загрязняют промышленные отходы, содержащие нефтепродукты, сажевые частицы, образующиеся при истирании автошин на дорогах.
Тогда возникает вопрос: Так что же, нам теперь отказаться от всех достижений цивилизации и, вместо того чтобы ездить на автомобиле, опять ходить пешком?
Конечно же, нет, отрицательные последствия следует преодолевать, не отказываясь от технического прогресса вообще, а путем качественного изменения существующих технологий.
Мы живем в то время, когда человек уже осознал, что природе необходимо помочь, что сознание окружающей среды зависит от нас, от нашего отношения к ней.
Таким образом, мы сделали вывод, что есть два способа уменьшения загрязнения воздуха дорожно-транспортными средствами. Первый – сократить количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу каждым автомобилем. Второй – использовать как можно больше те транспортные средства, которые потребляют меньше горючего и, следовательно, меньше загрязняют атмосферу. Чтобы остановить загрязнение, необходим более строгий всесторонний контроль за дорожно-транспортными средствами. Примером может служить следующее начинание: с 1 января 1993 года все новые автомобили, предназначенные для продажи в страны Европейского сообщества, должны быть снабжены каталитическими контакторами. Это маленькое устройство устраняет большую часть углеводородов и окисей азота и углерода, вредных для организма человека. Их присутствие в атмосфере в больших количествах создает парниковый эффект, что грозит глобальным потеплением на планете. Еще одна проблема – свинец, добавляемый к бензину для большей эффективности работы двигателя. Он очень ядовит и опасен, особенно для организма маленьких детей.
Огромную помощь в борьбе с загрязнением воздуха могли бы оказать и сами владельцы автомобилей, если бы начали чаще пользоваться общественным транспортом или ездить с малой скоростью, ведь это уменьшит выброс токсичных соединений. Недавний опрос владельцев автомобилей показал, что их личный транспорт – главный виновник загрязнения воздуха, ездить медленнее или, тем более, отказаться от личного транспорта они не желают. Для того чтобы такое желание появилось, надо основательно улучшить работу общественного транспорта. А поскольку она пока далека от совершенства, нечего удивляться тому, что частные автомобили наводняют городские улицы.
Иногда с их количеством приходится вести непримиримую борьбу. Способы бывают самые оригинальные. В Афинах, например, машинам с четными номерами разрешено появляться в центре города только по четным дням, а машина с нечетными – по нечетным. Роскошь иметь автомобиль может дорого обойтись.
В настоящее время, когда автомобиль с бензиновым двигателем стал одним из существенных факторов, приводящим к загрязнению окружающей среды, специалисты все чаще обращаются к идее создания «чистого» автомобиля – электромобиля. В некоторых странах начинается их серийное производство.
Прогноз таков: если в 2000 году существовало 5% электромобилей от всего числа автомобилей, то в 2025-м ожидается рост их числа до 15%.
Итак мы видим, что без ДВС можно обойтись, заменив их на электродвигатели. Нужно всего лишь заменить автобусы и маршрутные такси на троллейбусы и трамваи. А в качестве индивидуального транспорта, как это ни парадоксально, использовать велосипед. Конечно, автомбиль гораздо комфортнее и удобнее, но представьте, что вам придется выбирать между велосипедом и тем вредом, который причиняется нашему здоровью выхлопными газами. Я думаю, что большинство выберет велосипед.
Каковы же задачи восстановления природных ресурсов и охраны окружающей среды?
- локальный и глобальный экологический мониторинг;
- восстановление и охрана лесов от пожаров, вредителей;
- охрана и разведение редких видов растений и животных;
- международное сотрудничество по охране природы;
- расширение и увеличение числа заповедных зон;
- рациональный подход к использованию биологических и минеральных
Предлагаем несколько путей выхода из этой ситуации.
1.  Озеленение города. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.
2.  Уничтожение пустырей, что способствует уменьшению выветривания почв, а следовательно, содержание пыли в воздухе уменьшается.
3.  Проводить техосмотр автомобилей 2 раза в год, так как от состояния двигателя зависит количество вредных веществ, выбрасываемых автомобилем в атмосферу.
4.  Сделать более доступным ремонт автомобиля.
5.  Ужесточить санкции по отношению к нарушителям.
Таким образом, главный вывод: каждый человек в ответе за состояние
земной природы перед будущим! Если не думать о последствиях своей деятельности, можно нанести природе невосполнимый ущерб, а то и погубить ее, а значит и жизнь на Земле.
В вопросе, который мы сегодня обсуждали, не поставлена точка, мы только начали об этом говорить. Писатель Анатоль Франс сказал: «Разум, если даже его притесняют, пренебрегают им, в конечном счете всегда одерживает верх, ибо жить без него невозможно.
Так будем же жить честно и с честью выполним возложенные на нас обязанности по охране окружающей среды. Ибо мы существа разумные.








































приложение 4.1
Игра «Банк вопросов».

Почему двигатель внутреннего сгорания, называется именно так, а не иначе?
Почему двигатель внутреннего сгорания называется четырехтактным?
Назовите четыре такта работы двигателя внутреннего сгорания?
Из каких основных деталей состоит двигатель внутреннего сгорания?
Какое топливо используется в работе двигателя внутреннего сгорания?
где применяются двигатели внутреннего сгорания?
Кто ввел в науку и технику понятие КПД?
Что такое КПД?
Может ли КПД двигателя равняться 100%?
Куда расходуется энергия топлива в ДВС?
Куда направлены основные усилия инженеров машиностроения?
Почему нельзя максимально повысить температуру нагревателя и при этом получить максимальный КПД?
Какие пагубные действия мы ощущаем от ДВС?
Каковы положительные стороны от использования ДВС?
Предложите пути решения экологической катастрофы?
Что такое экологическая катастрофа? Как она наблюдается на территории РК?
Что такое «экология»?
Какова бы была жизнь людей без ДВС?









приложение 5.1
Это я знал(а) раньше
Это я узнал(а) на уроке
Это меня заинтересовало










Это я знал(а) раньше
Это я узнал(а) на уроке
Это меня заинтересовало











Это я знал(а) раньше
Это я узнал(а) на уроке
Это меня заинтересовало











Это я знал(а) раньше
Это я узнал(а) на уроке
Это меня заинтересовало











Это я знал(а) раньше
Это я узнал(а) на уроке
Это меня заинтересовало











Это я знал(а) раньше
Это я узнал(а) на уроке
Это меня заинтересовало











Это я знал(а) раньше
Это я узнал(а) на уроке
Это меня заинтересовало














Rage ItalicRoot Entry

Приложенные файлы

  • doc 232763
    Размер файла: 757 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий