Тепловые двигатели

Разделы: Физика

Цели урока:

  • развивающая: научить исследованию, умению анализировать и обобщать результаты исследования с помощью компьютерных технологий.
  • обучающая: повторить основные понятия темы «Термодинамика», продолжить формирование умений описывать термодинамические процессы физическими величинами и законами, распространить применение первого начала термодинамики на более широкий круг тепловых явлений; раскрыть роль и значение тепловых двигателей в современной цивилизации, уделить внимание контролю знаний учащихся.
  • воспитывающая: привлечь к активной деятельности самостоятельной работы; развитие интереса к предмету.

Оборудование к уроку: компьютер, мультимедийный проектор (подключённый к компьютеру), экран, программное обеспечение: «Живая физика», «Открытая физика».

Ход урока.

1. Вступительное слово учителя.

- Мы с вами изучили тему «Термодинамика». На сегодняшнем уроке мы с вами еще раз повторим все основные понятия и формулы этой темы , решим задачи на применении первого начала термодинамики к изопроцессам, на расчет КПД тепловых машин , а также более подробно поговорим о роли и значении тепловых машин и их широком применении.

2. Повторение основных понятий по физике (показ презентации).

Вопросы: Ответы
1. В основе термодинамики лежит понятие внутренней энергии, а что же такое внутренняя энергия? Внутренняя энергия макроскопического тела U - это физическая величина, равная сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом.
2. По какой основной формуле мы можем рассчитать внутреннюю энергию идеального одноатомного газа?   - внутренняя энергия одноатомного идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре.
3. А если газ не одноатомный, а состоит из более сложных молекул, чем одноатомный то что изменится в этой формуле?  Если газ не одноатомный, то коэффициент перед температурой будет не , а другой так как сложные молекулы не только движутся поступательно , но и вращаются.
4. Как определяется работа в термодинамике? ΔA = pΔV - Работа ΔA, совершаемая газом, определяется давлением газа и изменением его объема.
5. А что такое количество теплоты? Количество теплоты Q - это мера изменения внутренней энергии при теплообмене .
6. Напишите формулы для нахождения количества теплоты и объясните, какие величины входят в формулы.

Объясните, пожалуйста, какой формулой и когда мы будем пользоваться?

1. Q = cm (t2 – t1) – при нагревании и охлаждении тела массой m

с – удельная теплоёмкость тела

2. Q = ± r m – при испарении и конденсации;

r – удельная теплота парообразования;

3. Q = ± λ m – при плавлении и кристаллизации;

λ – удельная теплота плавления.
7. Все три величины – работа, внутренняя энергия и количество теплоты входят в 1-ый закон термодинамики. Сформулируйте этот закон.

Ребята, не забудьте при решении задач обращать внимание на то, о какой работе идет речь: о работе газа или о работе внешних сил.

ΔU = A + Q Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе.

 
8.А о чём говорит второй закон термодинамики? Существует несколько формулировок второго закона термодинамики: Р.Клаузиус: невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах.
На последних уроках мы говорили о тепловых машинах. Что это за устройства? Тепловые машины - устройства, которые превращают внутреннюю энергию топлива в механическую.
А как можно рассчитать КПД тепловой машины?  - КПД теплового двигателя равен отношению работы газа к количеству теплоты, полученного от нагревателя.

3. Углубление изученного материала по теме «Термодинамика». (слайд1)

Темы:

А) «История создания тепловых двигателей»

Б) «Воздействие тепловых двигателей на окружающую среду»

Ребята, ,на уроках мы много говорили о тепловых двигателях, рассчитывали КПД тепловых двигателей, но об истории создания этих машин ничего сказано не было. Сейчас мы с вами послушаем доклад об этом.

/Презентация на тему: «История создания тепловых машин»./

Но ребята, мы, конечно с вами знаем, какую пользу приносят нам тепловые двигатели, но не стоит забывать и о том вреде, который тепловые машины приносят окружающей среде.

/Презентация на тему: «Воздействие тепловых двигателей на окружающую среду»./

4. Решение задач на применение первого начала термодинамики к изопроцессам, на вычисление работы газа для процесса, изображенного на графике, на расчет КПД тепловых двигателей.

Решим несколько задач.

/на расчет КПД тепловых машин/

  1. В одном цикле работы теплового двигателя его рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты 1,5 МДж. Какое количество теплоты оно отдает за цикл холодильнику, если КПД двигателя 20 %?Чему равна работа, совершаемая этим двигателем за 1 цикл?
  2. Определите работу газа в циклическом процессе, показанном на рисунке.
  3. На сколько увеличится внутренняя энергия одноатомного идеального газа в процессе изобарического расширения, если газу сообщили при этом количество теплоты 30 кДж?

5. Разгадывание кроссворда по пройденной теме, подготовленный учащимися.

С задачами вы справились хорошо, а теперь давайте немного отдохнем – поиграем. Я предлагаю вам разгадать кроссворд.

Задания на кроссворд.

По вертикали:

  1. Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы /(Теплообмен)/
  2. Физическая величина, которая определяется в термодинамике как произведение давления газа на изменение его объема. /(Работа)/
  3. Процесс превращения пара в жидкость. /(Конденсация)/
  4. Изопроцесс, протекающий при неизменном объёме. /(Изохорный)/
  5. Процесс, происходящий в системе без теплообмена с окружающими телами. /(Адиабатный)/
  6. Процесс превращение жидкости в пар. /(Испарение)/.
  7. Немецкий ученый, который составил одну из формулировок второго закона термодинамики. /(Клаузиус)/

По горизонтали: (выделено)

  1. Теория тепловых явлений, в которой не учитывается атомно-молекулярное строение тел.

/Кроссворд показываем в презентации/

6. Проверка знаний учащихся по теме: работа с тестом.

Ребята, вы, наверное, обратили внимание на листочки, которые у вас лежат на столе. Сейчас мы проверим свои знания по пройденной теме. Возьмите, пожалуйста, эти листочки, подпишите их и начинайте выполнять тестовые задания по порядку. Правильный ответ обведите в кружочек.

Тестовые задания.
Вариант.1

1. Над телом совершена работа внешними силами, и телу передано кол-во теплоты. Чему равно изменение внутренней энергии тела?

А) ΔU = A
Б) ΔU = Q
В) ΔU = A + Q
Г) ΔU = А - Q
Д) ΔU = Q – A

2. Идеальному газу передаётся количество теплоты таким образом, что в любой момент времени переданное количество теплоты равно работе, совершённой газом. Какой процесс осуществлен?

А) Адиабатный
Б) Изобарный
В) Изохорный
Г) Изотермический
Д) Это мог быть любой процесс
Е) Никакого процесса не было

3. Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в процессе, представленном на диаграмме p – V рисунка 1. Какая работа совершена в этом процессе?

А) Газ совершил работу 200 Дж.
Б) Внешние силы совершили работу над газом 200 Дж.
В) Газ совершил работу 400 Дж.
Г) Внешние силы совершили работу над газом 400 Дж.
Д) Работа равна нулю.

4. Что служит рабочим телом в двигателе автомобиля?

А) Воздух
Б) Вода
В) Бензин
Г) Поршень
Д) Цилиндр

5. Какое максимально возможное КПД тепловой машины, использующей нагреватель с температурой 427°С и холодильник с температурой 27°С?

А) ~ 0,06
Б) ~ 0,57
В) ~ 0,94
Г) ~ 0,43
Д) ~ 0,70

Вариант 2.

1. Тело получило количество теплоты и совершило работу. Чему равно изменение внутренней энергии тела?

А) ΔU = Q - A‘
Б) ΔU = A' – Q
В) ΔU = A' + Q
Г) ΔU = A'
Д) ΔU = Q

2. Идеальный газ передал окружающим телам кол-во теплоты таким образом, что в любой момент времени переданное количество теплоты равно изменению внутренней энергии тела. Какой процесс был осуществлен?

А) Изотермический
Б) Изохорный
В) Изобарный
Г) Адиабатный
Д) Это мог быть любой процесс
Е) Никакого процесса не было

3. Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в процессе, представленном на диаграмме p – V рисунка 1. Какая работа совершена в этом процессе?

А) Газ совершил работу 200 Дж.
Б) Внешние силы совершили работу над газом 200 Дж.
В) Газ совершил работу 400 Дж.
Г) Внешние силы совершили работу над газом 400 Дж.
Д) Работа равна нулю.

4. Что служит рабочим телом в реактивном двигателе самолёта?

А) Турбина
Б) Вода
В) Горючее
Г) Воздух
Д) Крылья

5. Какое максимально возможное КПД тепловой машины, использующей нагреватель с температурой 527°С и холодильник с температурой 27°С?

А) ~ 0,95
Б) ~ 0,73
В) ~ 0,38
Г) ~ 0,63
Д) ~0,05

7. Подведение итогов урока.

Итак, на сегодняшнем уроке мы ещё раз повторили с вами все определения, порешали задачи, а так же проверили свои знания по пройденной теме. Надеюсь, что с заданиями вы справились хорошо. Свои работы сдайте, к следующему уроку я их проверю и поставлю оценки в журнал.

Оценки за урок: …

8. Домашнее задание.

Повторение всех основных формул, определений.