Презентация Катуниной О.А. Ноябрь 2012. Тепловые машины широко используют на производстве и в быту. Автомобили перевозят грузы и пассажиров. Двигателями. - презентация

1 Презентация Катуниной О.А. Ноябрь 2012

2 Тепловые машины широко используют на производстве и в быту. Автомобили перевозят грузы и пассажиров. Двигателями снабжены самолеты и вертолеты. С помощью ракетных двигателей осуществляются запуски искусственных спутников, космических кораблей и станций. Двигатели внутреннего сгорания широко используются в сельском хозяйстве. Их устанавливают на тракторах, комбайнах, насосных станциях.

3 Цели урока: познакомить учащихся с работой и историей создания тепловых двигателей; познакомить учащихся с конструкцией и назначением основных частей ДВС; обратить внимание учащихся на значение использования тепловых двигателей; способствовать формированию у учащихся научно-технического мышления; умения воплощать научные идеи в технические схемы моделей, конструкции. воспитывать бережное отношение к природе.

4 Историческая справка ( об изобретателях паровой машины ) 1698г. Томас Сэвери (английский инженер) создал машину, которая преобразовывала внутреннюю энергию в механическую (тепловой двигатель), его использовали для откачки воды из угольных шахт.

5 1710г. Томас Ньюкомен (английский инженер) предложил пароатмосферный двигатель, в котором пар внутри цилиндра толкал вверх поршень. Для возврата в нижнее положение его охлаждали, пар конденсировался, давление в цилиндре падало и под действием атмосферного давления поршень опускался вниз. Затем цилиндр снова нагревали, чтобы заставить пар толкать поршень вверх. На всё это уходило много времени и, двигатель работал очень медленно и с низким КПД.

6 Анимация схемы парового двигателя Ньюкомена. - Steam показано, розовые и синие воды. - Клапаны перехода от открытой (зеленый) к закрытому (красный)

7 1766 г. Иван Иванович Ползунов. (русский изобретатель) Иван Иванович Ползунов родился в 1728 году. Его отец был солдатом. В 1742 году Иван Иванович окончил первую русскую горнозаводскую школу в Екатеринбурге и стал учеником у главного механика уральских заводов Когда Ползунову было двадцать лет, его вместе с другими специалистами горно­заводского дела отправили на Колывано- Воскресенские заводы Алтая. Там добыва­лись драгоценные металлы для царской казны. С 1748 года Иван Иванович Ползунов работал в Барнауле техником по учету вып­лавки металла, а в 33 года он стал одним из руководителей завода. Из оборудования на заводе были только воздуходувные мехи и молоты для ковки металла. И их приводили в движение силой воды. Поэтому заводы строили на берегах рек. Если река становилась более мелководной, то производство останавливалось..

8 Иван Иванович Ползунов решил заменить водяной двигатель и ручной труд на «ог­ненную машину». Для этого он разработал чертежи двухцилиндровой паровой машины. Для ее изготовления Ползунову пришлось сделать различные инструменты, то­карный станок для обработки металла «на водяном ходу». При этом Ползунову уда­лось изготовить все детали паровой машины всего за 13 месяцев. Некоторые детали весили до 2720 килограммов. В 1765 году Ползунов разработал специальный поплавковый регулятор уровня в котле. К сожалению, увидеть машину в работе Ползунову не удалось, он умер за два ме­сяца до пуска машины в эксплуатацию, 27 мая 1766 года. Его паровая машина окупи­ла себя всего за два месяца. К сожалению, после небольшой поломки,хозяева машины не смогли ее починить.

9 1769 г. Джеймс Уатт (шотландский инженер) превзошёл своих предшественников и учителей. Он создал усовершенствованную паровую машину. В его двигателе пар направлялся в отдельную камеру для конденсации, тепловые потери двигателя были относительно небольшими. Кроме того, двигатель Уатта был более быстродействующим, поскольку можно было подавать большее количество пара в цилиндр, как толь­ко поршень возвращался в свое исходное положение. Для паровой машины нашлись многочисленные практические применения

10 Паровые машины обеспечивали энергию для печатания газет, ткачества и для работы стиральных машин в «паровых» прачечных. Паровые двигатели использовались на площадках аттракционов, а фермеры с помощью паровой тяги пахали землю. Уборщики пользовались работающими на пару пылесосами, а в престижных городских парикмахерских были даже щетки для массажа кожи головы с паровым приводом. Паровые машины устанавливались на паровозы, пароходы.

11 Паровые двигатели - есть ли у них какие-нибудь преимущества перед другими двигателями. Есть ли какие-нибудь преимущества у двигателей внешнего сгорания вообще? Основное преимущество парового двигателя в том, что топливом может послужить всё, что горит: уголь, бумага, древесина. А вот двигателям внутреннего сгорания нужно чистое высококачественное жидкое или газообразное топливо

12 Основное назначение бензинового двигателя - это преобразование энергии сгорания бензина в движение так, чтобы автомобиль мог двигаться. Большое развитие получили двигатели, в которых бензин сгорает внутри самого двигателя. Именно поэтому они и называются двигателями внутреннего сгорания - процесс сгорания происходит внутри двигателя. И так, для общего развития: Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания. Дизельный двигатели, газотурбинные двигатели. Есть ещё роторные, двухтактные и HEMI- двигатели. У каждого вида есть свои преимущества и недостатки.

13 HEMI-двигатель

14 Вас интересовало, что же происходит под капотом вашего железного коня? Для непосвященного человека двигатель выглядит как кусок металла, опутанный трубками и проводами. Наверное, вам просто любопытно, что же происходит внутри него

15 История ДВС В 1860 Г француз Э. Ленуар построил устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства. Модель была несовершенная, КПД не превышал 3 %. Спустя 18 лет немецкий изобретатель Отто создал двигатель внутреннего сгорания, который работал по четырёхтактной схеме: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск отработанных газов. Именно модификации этого двигателя и получили наибольшее распространение. Первый автомобиль с бензиновым двигателем построили в 1886 году под руководством немецкого инженера Даймлера. Большая роль в развитии автомобилестроения принадлежит Генри Форду, который в начале 20 века начал выпуск автомобилей с конвейера. В России первые автомобили начали строить в начале 20 века. Первый российский автомобиль Яковлева и Фрезе в Нижнем Новгороде.

16 Бывают ещё и двигатели внешнего сгорания. Яркий пример таких двигателей - это паровые двигатели старых паровозов. Топливо (уголь, дерево, мазут и т. д.) в паровом двигателе сгорает вне двигателя для того, чтобы произвести пар, а пар в свою очередь приводит двигатель в движение изнутри. Двигатели внутреннего сгорания более эффективны (меньше расход топлива), чем двигатели внешнего сгорания, а кроме того, двигатель внутреннего сгорания намного меньше аналогичного двигателя внешнего сгорания. Именно поэтому, Mercedes и BMW не ставят на свои машины паровые двигатели.

17 Внутреннее сгорание Если вы поместите совсем небольшое количество горючего (бензина, например) и подожжете его в закрытом пространстве, скажем внутри стянутого сапога, то сапог просто разорвется. Это происходит, потому, что очень большое количество газа выделяется при сгорании топлива. Вот так энергию сгорания бензина можно превратить в разорванный сапог. А можно её пустить на благие цели - отвезти вас с семьёй на дачу. Например, если вы сможете зациклить процесс сгорания так, чтобы сгораемый газ приводил в движение механизмы с частотой в несколько сотен раз в минуту, то считайте, что основа двигателя у вас уже есть. Почти все двигатели в автомобилях работают в четырехтактном цикле сгорания. Четырехтактный цикл известен также, как цикл Отто. Он был назван так в честь своего изобретателя Николаса Отто, который в 1867 году придумал этот цикл. Эти четыре цикла представлены на схеме.

18 Это впуск сжатие рабочий ход выпуск

19

20 1такт- впуск: при повороте вала поршень опускается вниз. Объём над поршнем увеличивается, в цилиндре создается разрежение, клапан 1 открывается и в цилиндр входит горючая смесь. В конце такта цилиндр заполняется горючей смесью и клапан 1 закрывается. 2 такт- сжатие: при дальнейшем повороте вала поршень начинает двигаться вверх и сжимает горючую смесь, когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь возгорается от электрической искры и быстро сгорает. 3 такт- рабочий ход: образующиеся при сгорании смеси газы давят на поршень и он движется вниз. В этом случае двигатель совершает работу. Этот такт называется рабочим ходом. Во 2 и 3 тактах оба клапана закрыты. 4 такт- в конце 3 такта клапан 2 открывается и через него продукты сгорания выходят в атмосферу. В течение такта поршень движется вверх. В конце такта клапан 2 закрывается. Итак, цикл двигателя состоит из 4 тактов.

21 В двигателе поршень движется под действием сгорания топлива - как будто снаряд выстреливает из пушки. Поршень соединяется с коленчатым валом с помощью шатуна. Так как коленвал продолжает вращение, он перезаряжает «пушку» и она снова стреляет. А теперь, чтобы вы лучше разобрались, мы внимательнее посмотрим на этот цикл.

22 1.Поршень начинает своё движение с верхней точки. Впускной клапан открывается, а поршень, двигаясь вниз, всасывает в цилиндр топливо и свежий воздух. Эти действия называются тактом впуска. Причем в цилиндр закачивается всего несколько капель топлива - этого вполне достаточно.

23 2.Затем поршень поднимается вверх и сжимает смесь воздуха с топливом. Чем больше сжать смесь, тем с большей силой она выстрелит. 3.Когда поршень достигает своей верхней точки, свеча даёт искру, которая подрывает горючую смесь. Взрыв приводит поршень к движению.

24 4.После того как поршень придет к своему нижнему положению, откроется выпускной клапан, и выхлоп вытолкнется наружу к выхлопной трубе

25 И вот двигатель уже готов к новому циклу - снова засосать горючую смесь, выстрелить и освободить цилиндр от выхлопа. Заметьте что движение на выходе двигателя - крутящее, хотя движение поршня при взрыве - прямолинейное. Линейное движение поршней преобразовывается в крутящее движение двигателя с помощью коленчатого вала. Нам как раз и нужно крутящее движение: ведь нам надо крутить колеса автомобиля.

26

27 Название Двигатель внутреннего сгорания очень распространенный вид теплового двигателя. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя. Основные части Двигатель состоит из цилиндра 1, в ко­тором перемещается поршень 2, соединен­ный при помощи шатуна 3 с коленчатым валом 4.В верхней части цилиндра имеется два клапана 5, которые при работе двига­теля автоматически открываются и за­крываются в нужные моменты. Через левый клапан в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через правый клапан выпускаются отрабо­тавшие газы. Основные понятия Край­ние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня. Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода по­ршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными. Впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

28

29 Физические принципы работы В цилиндре двигателя периоди­чески происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает °С, давление на поршень при этом резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая при этом механическую работу. При этом они охлаж­ даются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию.

30

31 Затем поршень поднимается вверх и сжимает смесь воздуха с топливом. Чем больше сжать смесь, тем с большей силой она выстрелит. Когда поршень достигает своей верхней точки, свеча даёт искру, которая подрывает горючую смесь. Взрыв приводит поршень к движению. После того как поршень придет к своему нижнему положению, откроется выпускной клапан, и выхлоп вытолкнется наружу к выхлопной трубе

32 И вот двигатель уже готов к новому циклу - снова засосать горючую смесь, выстелить и освободить цилиндр от выхлопа. Заметьте что движение на выходе двигателя - крутящее, хотя движение поршня при взрыве - прямолинейное. Линейное движение поршней преобразовывается в крутящее движение двигателя с помощью коленчатого вала. Нам как раз и нужно крутящее движение: ведь нам надо крутить колеса автомобиля.

33 Тестирование. Проверочный тест по теме 1.Тепловой двигатель был изобретён в конце XVII века: А. Иван Ивановичем Ползуновым. Б. Джеймсом Уаттом. В. Джеймсом Джоулем. Г. Томасом Сэвери.

34 Тепловыми двигателями называют машины, в которых: А. Кинетическая энергия превращается в потенциальную. Б. Механическая энергия превращается во внутреннюю энергию. В. Внутренняя энергия превращается в механическую энергию Найди правильный ответ…

35 За сколько оборотов коленчатого вала совершается полный цикл работы ДВС? А. за 1 Б. за 2 В. за 4

36 Во время рабочего хода поршень движется: А. вверх и сжимает горючую смесь. Б. вниз под действие расширяющихся нагретых газов. В. вниз и создаёт разряжение в цилиндре.

37 КПД двигателей внутреннего сгорания: А. 20 % - 40 % Б. 40 % - 60% В. 50 % - 70%

38

39 Применение двигателей В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход и коленчатый вал все время получает энергию от одного из поршней. Имеются и восьмицилиндровые двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Польза двигателей несомненна. В настоящее время мощность всех двигателей на Земле составляет кВт. И пока она справляется, перерабатывая углекислый газ. Однако уже с мощностью в кВт ей не справится.

40 1)Дайте определение теплового двигателя. 2)Какие превращения энергии происходят в тепловом двигатели? 3)Что такое КПД? 4)Почему КПД тепловых машин всегда меньше 100%? А. Часть энергии идет на нагревание деталей, окружающего воздуха. В.Отношение полезной работы, совершенной двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. С. Часть энергии идет на нагревание деталей, окружающего воздуха. D.Машина, в которой внутренняя энергия топлива превращается в механическую. E.Внутренняя энергия топлива- энергия газа (пара) механическая энергия.

41 Можно ли ружьё считать тепловым двигатель? Ответ: да, можно. Так как при выстреле часть тепловой энергии превращается в кинетическую энергию пули. Можно ли двигатель внутреннего сгорания использовать на подводной лодке? Ответ: нет, нельзя, так как недостаточно воздуха.

42 Наблюдение за опытом: 1. Пробирку переворачиваем вверх дном 2. Выдавливаем из картофеля кружок (пробку) так, чтобы пробирка плотно закрылась пробкой 3. Переворачиваем пробирку вниз донышком и опускаем ее в горячую воду 4.Наблюдаем происходящий процесс Делаем вывод, используя ответы на вопросы: Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке, когда ее опустили в воду? К чему привело изменение внутренней энергии воздуха? Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке при подъёме пробки? Что произошло с энергией пробки?

43 A.Внутренняя энергия воздуха увеличивается за счёт внутренней энергии воды B.Воздух совершил работу – вытолкнул пробку C.Внутренняя энергия воздуха уменьшилась D.У пробки появилась кинетическая энергия

44 Почему КПД тепловых машин всегда меньше 100%? Часть энергии идет на нагревание деталей, окружающего воздуха.

45 Некто узнал о трёх изобретениях: применение первого из них обещало экономию топлива 30%, второе позволяла надеяться на 25% экономии, а от внедрения в практику третьего ожидали экономию 45%. Этот человек решил построить такую машину, в которой применялись бы сразу все три изобретения, рассчитывая сэкономить 30%+25%+45%=100% топлива. Насколько обоснованы надежды изобретателя?

46 Расчеты изобретателя неверны, так как 100%- ная экономия топлива означала бы возможность осуществления вечного двигателя. Пусть установка потребляет 100кг топлива, тогда после первого изобретения она будет потреблять до 70кг/ч топлива. После применения двух изобретений одновременно расход топлива составит 52,5кг/ч (т.к. второе изобретение позволит экономить топливо на 25%, но уже от 70кг), и третье изобретение снизит расход до 28,9кг/ч.

47

48

49 ДИНАМИЧЕСКАЯ ПАУЗА. (Методическое обоснование: воспитывается чувство ответственности у детей за своё здоровье, дети улучшают самочувствие) Упражнения 1.Повторить по плакату путь пчелы, а затем нарисовать эту спираль во всю стену- тренируют мышцы глаз. 2.Пальчиковый массаж: поглаживая поочередно пальцы рук, улучшают работу соответствующих органов: мизинец-сердце, безымянный- желудок, средний- кишечник, указательный- печень, большой- головной мозг.

50 Какая разница между бензиновым и дизельным двигателем? В дизельном двигателе нет свечи. В дизельном двигателе горючая смесь из-за сжатия в цилиндре нагревается и сама взрывается в тот момент, когда обычно в бензиновых двигателях свеча дает искру. Дизельные двигатели более совершенны чем бензиновые двигатели с точки зрения преобразования энергии, поэтому расход топлива дизельных двигателей меньше, чем у бензиновых.

51 В чем разница между двухтактными и четырехтактными двигателями? Большинство бензопил и моторных лодок оснащаются двухтактными двигателями. В двухтактном двигателе нет клапанов, а свеча дает искру каждый раз, когда поршень достигает своей верхней точки. Через отверстие в нижней части цилиндра в камеру сгорания закачивается горючая смесь (в момент, когда поршень уже находится в нижней части). Затем поршень начнет движение вверх, сожмет горючую смесь, и искра вызовет взрыв. Поршень начнет своё движение вниз, но, не дойдя до самого низа, даст возможность выхлопу выйти через другое отверстие, чтобы в низу камера сгорания опять сразу же заполнилась горючей смесью. Двухтактные двигатели работают на бензине с маслом, поскольку из-за особой конструкции горючая смесь заполняет всё внутреннее пространство двигателя, в том числе и пространство вокруг коленвала. Горючая смесь двухтактного двигателя - смесь воздуха, топлива и жидкого масла, в двухтактных двигателях выполняет ещё и функцию смазки. Поэтому в таких двигателях нет картера, собирающего масло, а специальное жидкое масло добавляется прямо в горючую смесь.

52 В общем, двухтактные двигатели намного мощнее четырехтактных, потому что у них подрыв горючей смеси происходит в два раза чаще - за два такта движения поршня, вместо четырех тактов в привычных для нас автомобильных двигателях. Тем не менее, конструкция двухтактных двигателей менее совершенна, они потребляют очень большое количество топлива и масла, и, следовательно, очень опасны для окружающей среды

53 Не во всех двигателях есть свеча для воспламенения рабочей смеси. В дизельных двигателях воспламенение происходит за счет резкого сжатия (при этом увеличивается температура смеси). Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия сконструировал в 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель. По имени изобретателя этот двигатель назван дизелем. В цилиндре дизеля происходит сжатие не горючей смеси, а чистого воздуха, который разогревается при сжатии до 650 °С. В момент подхода поршня к верхнему положению в цилиндр подается топливо через форсунку. В цилиндре топливо воспламеняется. Дизель более экономичен и более полно использует топливо. Дизельные двигатели приводят в действие большегрузные автомобили, тракторы, суда, тепловозы.

54

55 Двигаемся на отдых!

56 1.Физика 11 С.В. Громов Москва: «Просвещение», Тематическое и поурочное планирование. Физика 10 В.А. Касьянов. Москва: «Дрофа», Тематическое и поурочное планирование. Физика 10 А.В. Авдеева, А.Б. Долицкий. Москва: «Дрофа», Методика преподавания физики в средней школе под редакцией С.Я. Шамаша. Москва: «Просвещение», 1998г. 5. Преподавание молекулярной физики в средней школе В.П. Орехов, Э.Д. Корж. Москва: «Просвещение», 1986 Дополнительное чтение