РОЗДІЛ IV
ТЕПЛОВІ ЯВИЩА
УРОК № 19/64
Тема уроку. Принцип дії теплових машин. Теплові двигуни
Тип уроку: засвоєння нових знань.
Мета уроку: показати практичне застосування явища перетворення енергії; розширити політехнічний кругозір учнів; ознайомити з питаннями енергетики.
План уроку
Етапи | Час | Прийоми і методи |
I. Постановка навчальної проблеми | 5 хв. | Бесіда |
II. Вивчення нового матеріалу | 25-30 | Розповідь учителя; робота з підручником; записи на дошці й у зошитах; демонстрація моделі |
III. Закріплення нового матеріалу | 5-10 хв. | Бесіда; робота з підручником |
IV. Домашнє завдання | 1 хв. | Коментар учителя; записи на дошці й у щоденниках |
Хід уроку
I. Постановка навчальної проблеми
Бесіда
Розвиток сучасної техніки залежить від уміння якомога повніше використовувати колосальні запаси внутрішньої енергії, що міститься у паливі. Цю енергію можна перетворити в механічну, а отже, виконувати за її рахунок
Звернемося до власного досліду. От закипіла вода у чайнику, почалося інтенсивне пароутворення, і кришка на чайнику “затанцювала”, почала час від часу підстрибувати.
Питання класу
– Чому так відбувається? (Пара, розширюючись, штовхає кришку.)
– Яке перетворення енергії відбувається при цьому? (Внутрішня енергія пари перетворюється в механічну енергію.)
– А що відбулося б, якби який-небудь дивак наглухо закрив кришку і носик чайника? (Розірвало б чайник!)
Пара-силач розірвала б його на шматки! Тому не можна нагрівати балони навіть із негорючими газами.
II. Вивчення нового матеріалу
Розповідь учителя
Люди давно дізналися про могутню силу пари і задумалися над тим, як її використати, тобто виникли ідеї перетворити внутрішню енергію тіла в механічну. Пристрій, що займається таким перетворенням, називається тепловим двигуном. Учні записують означення теплового двигуна.
Один із перших винахідників парових двигунів – російський механік Іван Ползунов, який у 1766 році побудував свою машину майже повністю із дерева, тому що залізо в ті часи було дуже дорогим. Із заліза був зроблений тільки казан, у якому кипіла вода, і два циліндри, у які пара впускалася із казана по черзі. Пара, заповнюючи циліндр, штовхала поршень угору. Так і ходили поршні по черзі: один – угору, другий – униз. (Учитель пропонує ознайомитися із принципом дії теплового двигуна за таблицею або за рисунками у підручнику.) Рухи поршнів передавалися міхам, які качали повітря в велику піч для плавлення металу. Перед самим пуском своєї машини Ползунов помер. Він уже не побачив, як у травні 1766 року її запустили, і вона працювала кілька місяців, як вона поступово розладналася, а полагодити було нікому. Адже ніхто, крім винахідника, не розумів, як і чому вона працює, тому машину розібрали й викинули. А через 18 років після смерті Ползунова англійському механіку Джеймсу Уатту вдалося побудувати дуже гарну за тих часів машину. Уатт, працюючи механіком при університеті у м. Глазго, весь час удосконалював своє дітище. Машини Уатта стали випускати сотнями. Вони рухали верстати, відкачували воду із шахт, крутили жорнова млинів.
Наприклад, у 1803 році в Англії інженер Ричард Тревітик побудував перший паровоз, а в 1807 році американець Роберт Фултон побудував свій знаменитий пароплав “Клермонт”, який робив регулярні рейси по річці Гудзон, розвиваючи потужність 4 к. с. (для порівняння: сучасний підвісний мотор човна дає мінімальну потужність 10 к. с.). Однак уже те, що навіть при зустрічному вітрі пароплав йшов упевнено вперед, було дивно!
Але парова машина була незручною, важкою, ненажерливою. І на зміну їй прийшли інші двигуни. Схема на дошці:
Учитель демонструє модель парової або газової турбіни, пояснюючи принцип її дії.
Робота з підручником
Учні знайомляться також із схемою, наведеною в підручнику. Учитель називає основні частини турбіни: вал, диск, лопатки, сопла. Пара, нагріта до високої температури, вириваючись із сопел і тиснучи на лопатки, надає диску турбіни обертального руху. У газових турбінах замість пари використовують продукти згоряння газу. Застосовують турбіни на теплових електростанціях і кораблях.
III. Закріплення нового матеріалу
Для закріплення матеріалу учням пропонуються наступні питання.
Питання класу
– Наведіть приклади перетворення внутрішньої енергії пари (газу) у механічну.
– Який двигун називають тепловим?
– Які види теплових двигунів вам відомі?
– Які перетворення енергії відбуваються у них?
– З яких частин складається парова турбіна і як вона працює?
IV. Домашнє завдання
[1]: § 42; впр. № 42; енциклопедична сторінка (с. 244-245).
[2]: § 28 (п. 1, 2).
[3]: СР – задачі 31.1; 31.2; 31.5; 31.6;
ДР – задачі 31.10; 31.11; 31.12.
Додаткове завдання. Зобразіть у зошитах схему пристрою парової турбіни, підписати всі складові частини.
Творче завдання. Сконструювати і продемонструвати модель найпростішої турбіни.
Скарбничка цікавих фактів
O Найперша
Найпершою була машина, придумана у II столітті до н. е. греком Героном з Олександрії. Це була металева куля, що могла обертатися навколо горизонтальної осі. У резервуар кулі наливалася вода, а коли вона закипала, то пара, виходячи зі спеціальних трубок-паропроводів, надавала кулі обертів. По суті, це була перша турбіна. Названа була ця потішна іграшка (іншого застосування вона не знайшла) еоліпілом на честь бога вітру Еола.
O Чого не зробиш заради улюбленої справи!
Щоб бути обізнаним з усіма технічними новинками свого часу, Джеймс Уатт спеціально вивчив німецьку і французьку мови.
O Наполеон Бонапарт погано розбирався у фізиці
Роберт Фултон, винахідник пароплава, у пошуках засобів для будівлі свого дітища звернувся за допомогою до імператора Наполеона Бонапарта. Наполеон вигнав Фултона із кабінету з обуреними лементами: “Він переконує мене, що можна рухати судна за допомогою окропу!”
O Комфорт минулих часів
Перший теплохід мав три каюти, буфет, комору із припасами. Серед правил, установлених для пасажирів, були і такі, які забороняли (під загрозою штрафу) джентльменам лягати в чоботах на ліжко або сидіти на столах.
O Зубчасті колеса?
Перші рейки на залізничному полотні робили із чавуну. Чавунні рейки дуже часто лопалися, але сталь у XIX столітті була занадто дорога.
До речі, були чималі сумніви з приводу того, що колеса вагонів взагалі зможуть сковзати по рейках, тому з’являлися зубчасті рейки й навіть зубчасті колеса!
O Тільки цифри
Таблиця ККД деяких теплових двигунів і механізмів
Дизельний двигун внутрішнього згоряння | – не більше 40 % |
Бензиновий двигун внутрішнього згоряння | – до 35 % |
Тепловоз | – 28 % |
Парова турбіна | – 25-40 % |
Реактивний двигун | – 25-30 % |
Парова поршнева машина | – до 15 % |
Паровоз | – 9 % |
(2 votes, average: 4,00 out of 5)