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» Q₂ за счет того, что О^ >Q₀ 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