Необратимые тепловые процессы. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели. Принцип работы теплового двигателя

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:

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

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= =

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= , где Т₁ – максимальная температура рабочего тела, Т₂ – 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.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/227061-neobratimye-teplovye-processy-vtoroj-zakon-te