Урок тепловые машины в жизни человека

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА ФИЗИКИ

«ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА»

ЗАДАЧИ УРОКА

Образовательные:

- провести анализ положительного и отрицательного действия тепловых машин на жизнь человека и окружающую среду;

-обобщить знания учащихся по основным вопросам экологии и охраны окружающей среды, приобретенные при изучении физики и других предметов;

-расширить и углубить знания учащихся по основным проблемам экологии и охраны окружающей среды, раскрыть их социально-экономический и мораль­ный аспекты.

Развивающие:

- развивать интерес к цифровой информации, описывающей состояние окружающей среды;

-развивать активность, инициативу, самостоятельность уча­щихся в работе с учебной, справочной и научно-популярной литературой, государственными документами по вопросам экологии и охраны окружающей среды;

-прививать учащимся навыки и умения поисково-исследовательской работы в области экологии и охраны окружающей среды и использованию приобретен­ных знаний и умений в будущей практической деятельности;

Воспитательные:

- формировать экологическое мировоззрение учащихся;

- содействовать воспитанию экологического сознания.

ТИП УРОКА: обобщающий урок

ФОРМА: нетрадиционная, урок – конференция

Пояснительная записка

Уроки-конференции являются мостиками между уроками, на которых учащиеся приобретают и совершенствуют знания по предмету и обобщенные учебные умения, и внеурочными мероприятиями, при проведении которых учащиеся самостоятельно и творчески применяют достигнутые ими результаты обучения. На конференцию целесообразно выносить вопросы, связанные с различными темами курса физики, включая межпредметные связи. Преимущество уроков-конференций перед внеурочными занятиями состоит в том, что они проводятся в присутствии всего класса, а не только тех из них, которые проявляют повышенный интерес к предмету. Задача учителя состоит в том, чтобы учащиеся не просто присутствовали, а были активными участниками подготовки и проведения урока-конференции. Подготовка к уроку-конференции является начальным этапом организации деятельности учащихся. Уроки-конференции позволяют привлекать дополнительный, наполненный практическим содержанием учебный материал по конкретной теме курса физики. Его разнообразие обеспечивается привлечением родителей к учебному процессу. При этом детям предоставляется возможность усваивать учебный материал на различных уровнях, но не ниже обязательных требований. При проведении урока-конференции, как правило, соблюдаются еще три последовательных и обязательных этапа:

Этап 1 — объяснение учащимся проблемы темы конференции, разъяснение плана урока и его специфических особенностей. Обычно эту функцию выполняет ведущий, которым может быть учитель или специально подготовленный ученик.

Этап II — раскрытие основного содержания избранной для конференции темы в процессе заслушивания индивидуальных сообщений, обсуждения их и составление опорных конспектов изложенного остальными учащимися.

Этап III — подведение итогов работы. Мотивировка значения приобретенных знаний и умений, оценивание знаний учащихся, разъяснение домашнего дифференцированного задания по рассмотренному на уроке материалу.

На любом этапе проведения уроков-конференций учителю очень важно поддерживать и поощрять проявление учащимися познавательной и поисковой активности, содействовать созданию творческих групп для делового общения, в процессе которого учащиеся оказывают друг другу консультативную помощь, что стимулирует их действия. Подобные взаимоотношения между учащимися позитивно воздействуют на формирование у них веры в свои способности, потребности активного участия в самостоятельном приобретении знаний и овладении способами деятельности на последующих уроках разного типа.

Вопросы конференции:

Создание тепловых двигателей, общий принцип действия. (Эксперты-историки, 3 чел.)

Положительная роль тепловых машин. (Эксперты-физики,3 чел.)

Отрицательная роль тепловых машин. (Эксперты-экологи,3 чел.)

Практическое задание: вычислить количество токсичных продуктов, образующихся при работе транспорта, охарактеризовать их действие на живые организмы и окружающую среду. (Эксперты-лаборанты, 2 чел.)

Какими транспортными средствами лучше всего пользо­ваться с экологической точки зрения в больших городах и почему?
(Специалисты по решению экологических проблем, 4 чел.)

Как ваши знания по электричеству могут помочь в решении проблемы?(Специалисты по решению экологических проблем.)

Что можно сказать о местной экологической ситуации и что нужно сделать, чтобы сохранить нашу природу? (Специалисты по решению экологических проблем.)

Иллюстративный материал:

1. Иллюстрированная красочная стенная газета «Физика и экология».

2.Стенд «Охрана окружающей среды» (физический аспект)

3. Витрина с литературой для учащихся и их докладами и рефератами, наглядными пособиями (рисунки, схемы, модели, установка).

4.Стенд-памятка «Учись слушать доклад или лекцию» - Содержание некоторых пунктов памятки следующее:

а) Во время объяснения смотрите на докладчика, лектора или учащегося который выступает с сообщением. Слаженная работа зрительной и слуховой памяти помогает осознанному усвоению знаний, их прочному запоминанию.

б) Обдумайте то, о чем говорит докладчик или учитель. Собственная мысль обычно возникает параллельно развитию мысли выступающего.

в) Не оставляйте ни одного вопроса невыясненным. Если вы в чем-то сомневаетесь, обратитесь к учителю или товарищу за разъяснением. Если вы не согласны с выступающим по какому-либо вопросу, попросите слово, выскажите свое мнение, приведите примеры, если требуется, сделайте рисунки схемы. Разговаривайте при этом спокойно, тактично. Так вы скорее убедите слушателей

г) Если по ходу доклада или лекции вы не успеваете составить полный конспект, записывайте новые понятия, термины и отдельные положения. Повторное чтение сделанных записей поможет вспомнить и уяснить содержание изученного.

5. Таблица « Вычисление содержания в воздухе токсичных продуктов, образующихся при работе транспорта ( на одном перекрестке)».

6. Таблица «Схема воздействия транспорта на окружающую среду».

7. Доклады сопровождаются демонстрацией следующими материалами из электронных носителей:

Видеофрагменты:

демонстрация паровой машины Ньюкомена в действии;

принцип работы автомобильного двигателя.

Анимации:

работа 4-х тактного ДВС;

принцип работы роторно - поршневого двигателя;

принцип работы дизельного двигателя;

принцип действия паровой турбины.

Фотографии:

различные типы двигателей внутреннего сгорания;

паровые турбины;

реактивные двигатели.

Ход конференции

В кабинете физики все эксперты сидят лицом к классу, на столе у каждого табличка: эксперт-историк, эксперт-физик, эксперт-эколог, эксперт-лаборант, экс­перт по решению экологических проблем. На ученических местах сидят спе­циалисты по решению экологических проблем, остальные учащиеся - участники конференции.

Учитель физики. 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 этим 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 на конференции мы и остановимся на положи­тельной и отрицательной роли тепловых машин в жизни человека, и попытаемся наметить выход из сложившейся экологической об­становки.

I. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

А началось все в XVII веке, когда простое предложение о за­мене пробирки поршнем позволило сделать вывод о возможности поставить пар на службу человеку.

Эксперты-историки кратко напомнят историю создания тепло­вых машин и сообщат об общем принципе их действия. Итак, выступление первого эксперта-историка.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ПЕРВОГО ЭКСПЕРТА-ИСТОРИКА

Я расскажу об истории создания тепловых машин.

ВXVII веке наблюдается развитие производств, требую­щих совершенствования техники. Был нужен такой источник энергии, который не был бы «привязан» к одному месту, как энергия падающей воды, не зависел бы от погоды, как энергия ветра. И такой вид энергии нашли - тепло, а именно энергия во­дяного пара.

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 тело - 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 ее 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. Принцип ее работы был та­ким: пар из котла выходил в цилиндр и поднимал его доверху. За­тем в цилиндр под поршень пускали воду, пар конденсировался, давление понижалось, и атмосферное давление опускало поршень вниз. Однако машина была крайне громоздкой и требовала огром­ного количества угля. Поэтому ее можно было использовать только для откачки воды на шахтах. Понадобилось более 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, во втором конструкция была переработана и несколько упро­шена применительно к конкретной задаче - приведению в движе­ние воздуходувных мехов плавильных печей. 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.

Для расширяющегося машинного производства нужен был и механический транспорт. И такой появился, в его основе лежал универсальный паровой двигатель. В 1803 году в Париже на реке Сене американец Р. Фультон впервые испытал судно, движимое силой пара. А через 4 года по реке Гудзон уже ходил первый в ми­ре колесный пароход «Клермонт» с двигателем мощностью 20 л. с.

В 1814 году англичанин Джордж Стеферсон создал паровоз, который двигал состав весом 30,5 т со скоростью 6 км/ч. В России отец и сын Черепановы, крепостные мастера уральского завода, тоже построили паровоз (в 1834 году). Он вез состав весом 32 т со скоростью 13-16 км/ч.

В конце XIX века коренным образом изменился паровой дви­гатель. Изобретатели решили использовать не давление пара, а скорость его движения. Так была создана в 1884 году англичани­ном Парсоном первая многоступенчатая паровая машина.

Учитель физики. Мы предоставляем слово второму эксперту - историку

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ВТОРОГО ЭКСПЕРТА-ИСТОРИКА

Я расскажу об истории создания двигателя внутреннего сгорания. На определенном этапе развития техники стало очевид­ным, что пользоваться теплом огня непосредственно для производ­ства работы лучше, чем затрачивать его на получение пара, а затем использовать тепло пара. Но с самых же первых опытов возникли большие препятствия. Достаточно упомянуть разработки Ж. Гот-фейля (1678-1682) и X. Гюйгенса (1681). Оба ученых предлагали такназываемый атмосферный двигатель, у которого поршень подни­мался взрывом пороха вверх и фиксировался. После охлаждения продуктов сгорания под поршнем создавалось разряжение. У дви­гателя Гюйгенса под действием атмосферного давления поршень опускался, совершая полезную работу. У двигателя Готфейля раз­ряжение в подпоршневой полости использовалось для всасыванияводы, а после того как поршень переставали удерживать, он, опус­каясь, вытеснял воду. Реализовать эти предложения в то время не представлялось возможным из-за низкого уровня развития техники.

Разработки Папена, Севери, Ползунова, Уатта и др. привели к тому, что к концу XVII столетия паровая машина стала универ­сальным двигателем, и казалось, замены пару нет.

Представить себе двигатель, работающий не так, как паровая машина, было трудно. Возникло представление, что любое рабочее тело должно обладать свойствами пара и попадать в цилиндр в виде однородной массы с одинаковыми температурой и давлением. Та­ким рабочим телом могли стать продукты сгорания.

Решение задачи использования продуктов сгорания заключа­лось в поиске соответствующего горючего. Очевидно, таких попыток заменить пар было немало, но история сохранила лишь некоторые из них, да и то в очень неполном объеме. Например, работы братьев Ньепсов.(Известны благодаря своему вкладу в развитие фотогра­фии.)

Идея замены дефицитного во Франции угля иным топливом витала в воздухе. Братья занимались поисками такого топлива, продукты сгорания которого можно было бы использовать в качестве рабочего тела, подобного пару. В качестве такового они применили ликоподий - семена спорового растения-плауна. Этот чрезвычайно сухой, легкий и легковоспламеняющийся порошок использовался для эффектных вспышек во время театральных представлений. Счи­тать его конкурентом угля было нельзя, урожай плауна был очень ог­раничен.

Можно считать, что первая официально зарегистрированная попытка создания ДВС (двигателя внутреннего сгорания) была сде­лана почти одновременно с началом работ Ньепсов. В 1794 г. изо­бретатель Роберт Стрит получил в Англии патент № 1983 на атмо­сферный двигатель, работающий на продуктах сгорания горючей жидкости (терпентин или спирт). Жидкость наливалась на дно вер­тикального цилиндра, при нагреве испарялась, и ее пары смешива­лись с воздухом. После воспламенения горючей смеси продукты ее сгорания поднимали поршень и совершали работу.

В 1833 г. Вельмант Райт получает в Англии патент № 6526, в котором оговорено охлаждение цилиндров с помощью водяной ру­башки (двигатель двойного действия).

В 1838 г. в Англии выдан патент № 7615, согласно которому газ и воздух предварительно сжимают в отдельных цилиндрах, а смесь перед воспламенением дожимают в рабочем цилиндре. Вос­пламенение должно было производиться в мертвой точке с помо­щью раскаленной губчатой пластины или же пламенем через зо­лотник.

Были предложения использовать водород (1820, англичанин Сесиль). В 1841 г. Дж. Джонстон получил патент № 8841 на двига­тель, работающий на смеси водорода с кислородом.

На всемирной выставке в Париже в 1867 г. немецкий ком­мерсант Отто представил новый газовый двигатель, созданный в содружестве с инженером Лангеном.

Успешные опыты по замене светильного газа другими про­дуктами газификации вызывали желание попробовать применить пары жидкого топлива. Еще в 1873 г. американец Брайтон пытался использовать керосин. Но керосин плохо испаряется, и Брайтон перешел на бензин. Он же изобрел для своего двигателя первый испарительный карбюратор. Важно, что горение у Брайтона про­исходило при постоянном давлении.

На всемирной выставке в 1893 г. в Чикаго был удостоен выс­шей награды образец двигателя первого русского завода керосино­вых и газовых двигателей, в котором керосин подтекал к испарите­лю самотеком и воспламенялся с помощью металлической тру­бочки.

Первый бензиновый двигатель был построен в России в 1884 г. моряком русского флота Костовичем для дирижабля.

Импульсом для развития бензиновых двигателей послужило стремление использовать их на автомобиле. Решающий вклад в создание этих двигателей приписывают немецким инженерам Даймлеру и Майбаху.

Совершенствование двигателей шло в тесном взаимодейст­вии с совершенствованием производства.

Автором одного из самых крупных изобретений является Ру­дольф Дизель. По замыслу Дизеля, если воздух сжать до давления не ниже 33-35 атм. и повысить вследствие этого его температуру до 500-700 °С, то топливо, вводимое туда, будет воспламеняться от соприкосновения с горячим воздухом. Но Дизель предлагал не просто постепенное сгорание, он имел в виду регулируемое сгора­ние с обеспечением постоянства температуры и давления. В ре­зультате многолетней работы был создан новый высо­кокачественный двигатель, носящий его имя. Первый же двигатель с воспламенением впрыскиваемого топлива от сжатия воздуха, по­строенный на заводе Нобеля, получил название «дизель», прочно закрепившееся за двигателями такого типа.

Конструкция дизелей претерпела существенные изменения. В 30-х годах XX в. появляются мощные авиационные ДВС конструк­торов Микулина и Чаромского. Во время Великой Отечественной войны применялся авиационный дизель большой мощности АЧ-30 конструкции Чаромского.

Двигатели на легком топливе и дизели прочно занимают по­зиции практически единственного вида силовой установки для наземного транспорта и составляют существенную долю среди силовых установок водного транспорта. Конечно, современные ДВС конст­руктивно отличаются от самых первых образцов, но принципы пре­образования теплоты в работу остались неизменными.

Учитель физики. Мы предоставляем слово третьему экс­перту-историку.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ТРЕТЬЕГО ЭКСПЕРТА - ИСТОРИКА

Я расскажу об истории создания реактивных двигателей, которая не так продолжительна, как история паровых турбин и ДВС. Свое начало она берет в нашем столетии. Это один из самых прогрессивных и перспективных видов тепловых машин.

В разгар первой мировой войны А. И. Тихомиров посылает прошение о предоставлении ему привилегии на разработку само­движущихся в воде и на воздухе мин, в которых использовались ракетные двигатели.

Под руководством Валентина Петровича Глушко создается целая серия ОРМ. Первый - с цилиндрическим соплом, с водяным охлаждением и тягой до 20 кгс. В ОРМ-3 и ОРМ-5 двигатели охла­ждались одним из компонентов топлива. В качестве окислителей использовались: жидкий кислород, азотный тетроксид, азотная ки­слота, а в качестве горючего - бензин, керосин.

В 1933 году созданы ОРМ-50 с тягой 150 кгс, с химическим зажиганием азотно - кислотно-керосинового топлива. После 10 запус­ков сохраняли полную работоспособность. Предназначались они для ракет и торпед.

В 1931 году Ф. А. Цандер совершенствовал свой ОР-1 - па­яльную лампу, переделанную в РД, - работавший на воздушно-бензиновой смеси с тягой до 145 гс. В 1933 году Цандер хотел, чтобы топливо для двигателей присутствовало уже в конструкции. Но эта идея до нашего времени так и не реализована. ЖРД испытывались, создавались и проектировались с использованием в каче­стве окислителя жидкого кислорода и азотной кислоты, которая в отличие от кислорода остается жидкой при нормальной температуре. В 1936-1937 годах были разработаны двигатели ОРМ-65: с ручным и автоматическим пуском, регулируемой в полете тягой, на высококипящем топливе; отличался высокими характеристиками и выдержи­вал до 50 запусков. В 1940 году было разработано, для форсирова­ния маневров боевых самолетов, семейство ЖРД с максимальной тя­гой от 300 до 900 кгс. Первые три двигателя прошли официальные испытания на самолетах Пе-2Р, Як-7Р, Су-6, Су-7. Но в боевых дейст­виях не применялись.

Валентин Петрович Глушко был разработчиком электрореак­тивных двигателей. Он удостоверился, что они понадобятся только на следующем этапе освоения космоса, а чтобы проникнуть в кос­мос, потребуются жидкостные реактивные двигатели, о которых пи­сал К. Э. Циолковский. В 1930 году началась разработка ЖРД (ци­линдрическое сопло, с водяным охлаждением и тягой до 20 кгс). В марте 1933 года бригада Цандера провела испытания ОР-2.

В 1954 году М. К. Тихонравов с С. П. Коряевым предложили создание искусственных спутников Земли.

Основным показателем совершенства РД является его эконо­мичность. РД был применен в космической ракете РД-107; ее удельный импульс в пустоте составлял 310 с при тяге в 102 гс и давлении в камерах сгорания 60 атмосфер. РД-107 состоял из двух небольших рулевых камер. Многокамерность позволила уменьшить длину двигателя и массу ракеты.

Учитель физики. Теперь можно подвести итоги выступленийэкспертов-историков.

Какими бы ни были различными паровые машины, ДВС и ре­активные двигатели, работа их сводится к преобразованию внут­ренней энергии в механическую энергию, при наличии рабочего тела, нагревателя и холодильника.

А сейчас мы продолжаем нашу работу и переходим к следую­щему вопросу.

П. ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ РОЛЬ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

Каким же образом были реализованы проекты ТД (тепловых двигателей), предложенные учеными?

Итак, слово предоставляется экспертам-физикам с выступле­ниями о положительной роли ТМ.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ПЕРВОГО ЭКСПЕРТА-ФИЗИКА

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. Мошные 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.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ВТОРОГО ЭКСПЕРТА-ФИЗИКА

С момента их изобретения тепловые двигатели стали играть большую роль в жизни и деятельности человека. Так, ДВС широкоиспользуются 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.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ТРЕТЬЕГО ЭКСПЕРТА-ФИЗИКА

И, наконец, перейдем к третьему типу тепловых двигате­лей, реактивных. Преимуществом РД перед паровыми и ДВС явля­ется высокий КПД, до 60 %. Следовательно, РД целесообразно ус­танавливать на авиационном и космическом транспорте.

На лёгких самолётах используются поршневые двигатели, а на больших лайнерах устанавливают реактивные двигатели. Это очень выгодно, так как если реактивный двигатель заменить порш­невым такой же мощности, то из-за громоздкости и тяжести послед­него его будет невозможно установить на самолёт. Яркий пример применения в авиации реактивных двигателей - «ТУ-144» и британ­ский «Конкорд».

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, находят широкое примене­ние в транспорте, торговле, выработке электроэнергии, исследова­нии космоса и планет.

Учитель физики. Спасибо экспертам-физикам за столь чет­кую информацию. А мы продолжаем нашу работу и переходим к следующему вопросу.

Ш. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ РОЛЬ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

Учитель физики. 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 возможностивосстановления экосистем оказались исчерпаны. Стали наблюдать­ся заметные изменения в биологических, химических, физических показателях биосферы.

Экспертам-экологам было дано задание выявить отрицатель­ное воздействие ТМ, в частности автотранспорта, на экологиче­скую обстановку и влияние ее на здоровье человека.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ПЕРВОГО ЭКСПЕРТА-ЭКОЛОГА

Человек долго использовал двигатель внутреннего сгорания, 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, идущие 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, отёк лёгких. У животных также наблюдаются нарушения жизнедеятельности и даже гибель. У рас­тений в первую очередь поражаются листья, а в дальнейшем гибнетвсе 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, импотенцию.

Также ДВС поглощают кислород, уменьшая его концентра­цию в атмосфере.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ВТОРОГО ЭКСПЕРТА-ЭКОЛОГА

Мы провели анализ негативного воздействия ДВС на 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 около800 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.

Оксид углерода (I) соединяется с гемоглобином крови и меша­ет ему нести кислород в ткани организма.

Оксиды азота играют большую роль в образовании продуктов превращения углеводородов в атмосферном воздухе.

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.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ТРЕТЬЕГО ЭКСПЕРТА-ЭКОЛОГА

А втомобильный транспорт является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды в Российской Федерации. Его доля в общем объёме выбросов в атмосферу составляет в среднем по стране 35-40 %. В крупных городах эта цифра достигает 80-90 %.

Моя группа занималась изучением зависимости загрязнения атмосферного воздуха от интенсивности движения автотранспорта.

Отработанные газы двигателей внутреннего сгорания содер­жат более 200 наименований вредных веществ и соединений, в том числе таких, как оксиды углерода, оксиды азота, углеводоро­ды, канцерогенные вещества, сажа и др.

Изучая различные исследования в области загрязнения окружающей среды мы пришли к выводу, что главной причиной загрязнения воздуха в городах являются автомобили. В Тольятти также на­блюдается увеличение транспортных загрязнений окружающей среды. В настоящее время в городе эксплуатируется более 100 тыс. единиц автотранспорта. Ежегодно парк автомобилей пополняется на 10 тыс. единиц.

Учитель физики. Эксперты-экологи наглядно представили все отрицательные стороны использования ТМ.

А сейчас предоставляем слово экспертам-лаборантам, кото­рые исследовали рост заболеваемости бронхиальной астмой, аллер­гическим бронхитом, кожными инфекциями от токсических вы­бросов транспорта на перекрестке ул. Второй Продольной и Ткаче­ва, используя методику «У светофора». Слово эксперту-лаборанту

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ПЕРВОГО ЭКСПЕРТА-ЛАБОРАНТА

Обобщая выступление своих коллег, я хотела бы сказать, что автотранспорт, как один из основных источников загрязнения, ока­зывает влияние на воздух, воду и почву, что отражено в моей таб­лице.

Воздух загрязняют вредные вещества, содержащиеся в отра­ботанных газах автомобилей, твёрдые частицы, поднимаемые с пылью колёсами автомашин. Воду загрязняют стоки с автомоек, стоянок, гаражей, АЗС, автодорог, хлориды, используемые для борьбы с гололёдом в зимний период. Почву загрязняют промыш­ленные отходы, содержащие нефтепродукты, сажевые частицы, об­разующиеся при истирании автошин на дорогах.

Параллельно с экспертами-экологами я выявила последствия воздействия загрязнителей на здоровье человека.

Количество окислов азота, способных оказывать вредное воз­действие на организм человека, составляет 0,15-0,2 мг/м³.

Учитель физики. А теперь познакомьте нас с вашими вычис­лениями содержания токсичных продуктов, выбрасываемых в атмо­сферу при работе автотранспорта. Слово эксперту-лаборанту

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ВТОРОГО ЭКСПЕРТА-ЛАБОРАНТА

В своем исследовании мы вычислили количество токсичных продуктов, образующихся при работе транспорта, а наши коллеги охарактеризовали их действие на живые организмы и окружаю­щую среду. Результаты нашей работы представлены в таблице. Вычисление содержания в воздухе

токсичных продуктов, образующихся при работе транспорта (на одном перекрестке)

М = tnk (т(СО) г/мин + т(СО₂) г/мин + m(N0₂) г/мин + т(сажи) г/мин), где

n - количество машин, остановившихся у светофора;

k - максимальное число переключений.

Подсчитаем общую массу выделившихся токсичных про­дуктов: М = 1702 г + 356 г + 237 г ≈2 кг.

Таким образом, за 10 минут в окружающую среду выделя­ется до 2 кг токсичных продуктов. Нетрудно подсчитать, что в су­тки выбрасывается « 290 кг, а в год до 10⁵ кг.

И это только на одном перекрестке, а таких перекрестков в городе много, а в мире...

Нужно задуматься!

Учитель физики. Так что же, нам теперь отказаться от всехдостижений 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 состояние окружающей среды зависит от нас, от нашего отношения к ней.

Обратимся же к специалистам по решению экологическихпроблем. И предоставим слово одному из них.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ПЕРВОГО СПЕЦИАЛИСТА ПО РЕШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Я, как эксперт по решению экологических проблем, сдела­ла следующий вывод из всего сказанного на сегодняшней кон­ференции.

Интенсивность дорожного движения везде огромна. Оно да­ет такое загрязнение воздуха, что его не сравнить даже с выброса­ми промышленных объектов. Транспорт создаёт 45-50 % всего за­грязнения.

Итак, есть два способа уменьшения загрязнения воздуха до­рожно-транспортными средствами. Первый - сократить количествовредных 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. А как мы уже гово­рили, их присутствие в атмосфере в больших количествах создает парниковый эффект, что грозит глобальным потеплением на пла­нете. Ещё 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 машинам с нечетными — по не­четным. Роскошь иметь автомобиль может дорого обойтись.

Учитель физики. Какими же транспортными средствами, на ваш взгляд, разумно пользоваться в больших городах? Приглашаем второго эксперта по решению экологических проблем .

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ВТОРОГО СПЕЦИАЛИСТА ПО РЕШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

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.

В нашей стране производятся электромобили пяти марок. Электромобиль Ульяновского автозавода (УАЗ-451-МИ) отличается от остальных моделей системой электродвижения на переменном токе и встроенным зарядным устройством. Зарядное устройство снабжено преобразователем тока, допускающим применение лег­кого и низкооборотного тягового двигателя. Машины этой марки уже используются в Москве для доставки продуктов в магазины и школы. В 1982 году в столице было создано первое хозяйство, в ко­тором работали 25 электропогрузчиков. Этот год стал датой нача­ла серийного выпуска электромобилей в стране.

В интересах защиты окружающей среды считается целесооб­разным постепенный перевод автотранспорта на электротягу, осо­бенно в крупных городах. Предлагается, используя существующие типы источников тока, с определенным их усовершенствованием, создать и передать в эксплуатацию электромобили, могущие эконо­мически и технически конкурировать с обычными автомобилями. Прогноз таков: если в 2000 году существовало 5 % электромобилей от всего числа автомобилей, то в 2025-м ожидается рост их числа до 15%.

Учитель физики. Как наши знания по электричеству могутпомочь в решении проблемы? Слово третьему специалисту по реше­нию экологических проблем .

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ТРЕТЬЕГО СПЕЦИАЛИСТА ПО РЕШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Как было сказано моими коллегами, основным источником загрязнения атмосферы являются выхлопные газы. Но эта проблема решаема, если ДВС заменить на электродвигатели, используемые в электромобилях.

Электродвигатели, преобразуя электрическую энергию в ме­ханическую, применяются в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту. Толчком для создания электродвигателей явилось изобретение шотландского священника Роберта Стирлинга в 1816г. Его машина, которую он назвал «экономайзер», получила признание как надёжная паровая машина, которая никогда не взрывалась, как это довольно часто случалось с другими типами паровых двигателей в те времена.

Позже, в 1889 г., талантливым инженером Доливо - Добровольским был изобретён асинхронный двигатель.

Эти машины, пройдя испытания временем, используются и в наши дни. Так, асинхронный двигатель необходим для привода различных станков, насосно-компрессорных, кузнечно-прессовых, подъёмно-транспортных и других механизмов. А двигатель Стир­линга сегодня используют на атомных подъёмных лодках, так как высокий КПД и надёжность делают его идеальным для преобразо­вания тепловой энергии, вырабатываемой атомным реактором, в электрическую.

Известен один любопытный факт: специалистами МАЗа был разработан проект создания обитаемой базы на Луне. Проектом пре­дусматривается постепенное строительство: начиная с маленького обитаемого модуля и до большой производственной базы. Но вот что интересно: для работ был выбран атомный реактор 8Р-100 и 8 электрических генераторов, работающих от двигателя Стирлинга. В качестве дополнительного источника на первом этапе строитель­ства предусмотрено использование солнечных батарей.

Итак, мы видим, что без ДВС можно обойтись, заменив их на электродвигатели. Но примеры, приводимые мной выше, относятся к использованию электродвигателей в космосе, промышленности. А как же быть с транспортом, ведь больше всего вреда от него? И здесь выход есть. Нужно всего лишь заменить автобусы и мар­шрутные такси на троллейбусы и трамваи. А в качестве индивиду­ального транспорта, как это ни парадоксально, использовать вело­сипед. Конечно, автомобиль 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.

Учитель физики. Как же улучшить местную экологическую ситуацию? Мы приглашаем последнего эксперта по решению эко­логических проблем.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ

ЧЕТВЕРТОГО ЭКСПЕРТА ПО РЕШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Ежедневно от экологического иммунодефицита умирают бо­лее 250 тысяч россиян, сотни тысяч заболевают. Причина - в непо­средственном воздействии токсикантов, аллергенов, мутагенов при неблагоприятной экологической обстановке. Я, как эксперт, хочу затронуть следующие проблемы.

Загрязнение почв и причины этого:

- металлы и их соединения;

- удобрения и ядохимикаты;

- эрозия почв.

Необходимо применять следующие комплексные меры: поч­возащитные севообороты, вспашка поперёк склона, выравнивание колеи, применение удобрений, клейких веществ, удерживающих частицы почвы, и др.

2.Отрицательное влияние человеческой деятельности на животный мир планеты:

- разрушение мест обитания;

- вытеснение и уничтожение отдельных видов;

- загрязнение территорий токсичными веществами.

Возможно следующее решение проблемы: создание охраняе­мых территорий, в которых бы сохранялись и восстанавливались исчезающие виды животных.

Загрязнение водоёмов, причины этого:

- металлы: ртуть, свинец, кадмий;

- хлорорганические и фосфорорганические соединения;

- поверхностно-активные вещества;

- нефть.

Влияние загрязнений окружающей среды на организм человека.

Попадая в организм человека, соединения металлов вызыва­ют тяжелые заболевания:

-ионы ртути вступают в соединение с группами белков и прочно удерживаются в организме. Ртуть вызывает расстройства ЦНС, такие как паралич, нарушение слуха, зрения;

- кадмий вызывает различные формы рака, хрупкость и лом­кость костей, поражение почек;

- свинец отравляет клетки мозга, угнетает функции нервной системы, снимает быстроту реакций;

- стронций: замена кальция в костях на этот металл приводит к рыхлости и ломкости костей, расстройству опорно-двигательной системы, облучению костного мозга.

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 ресурсов.

Экологическая обстановка в Волгограде также довольносложная. Для подтверждения этих слов я не буду приводить какие-либо цифры, а поделюсь некоторыми моими наблюдениями.

Если выехать за город и подняться на возвышение, то можно увидеть, что город окутан серой дымкой.

Возвращаясь с прогулки по лесу в город, мы чувствуем, что нам довольно трудно дышать.

Недавно был сильный туман. Природные газы, примеси, СО₂,содержащиеся в атмосфере, сконцентрировались, и в результате на улице стоял очень неприятный запах.

По-моему, эти примеры достаточно ясно характеризуют ны­нешнюю экологическую обстановку в городе. Необходимо прини­мать меры по её улучшению. Я предлагаю несколько путей выхода из этой ситуации.

Озеленение города. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.

Уничтожение пустырей, что способствует уменьшению выветривания почв, а следовательно, содержание пыли в воздухе уменьшается.

Проводить техосмотр автомобилей 2 раза в год, так как от состояния двигателя зависит количество вредных веществ, выбра­сываемых автомобилем в атмосферу.

Сделать более доступным ремонт автомобиля.

Ужесточить санкции по отношению к нарушителям.

Учитель физики. Итак, наша конференция подходит к концу.

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. Раз мы это сделали - человечеству жить.

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.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/110471-urok-teplovye-mashiny-v-zhizni-cheloveka