Какая физическая величина характеризует экономичность двигателя?

Какая физическая величина характеризует экономичность двигателя?

Если сила, действуя на какое-либо тело, перемещает его, то говорят, что сила совершает работу. Работа есть величина, измеряемая произведением силы (в кг) на путь (в м) перемещения тела по направлению силы. Единицей работы является килограммометр (кгм).

Газы, приводя в движение поршень, также совершают работу. При это переменное давление газов на поршень во время рабочего хода может произвести такую же работу, как некоторое постоянное давление, действующее на протяжении всего рабочего хода. Очевидно, что это условное постоянное давление будет значительно меньше максимального давления при вспышке (30-40 кг/см 2 для карбюраторного двигателя), но больше минимального к концу рабочего хода (3-5 кг/см 2 ).

Однако часть работы, производимой газами в течение рабочего хода, затрачивается на совершение вспомогательных тактов, главным образом такта сжатия. Поэтому полезная работа за весь цикл будет меньше работы за один рабочий ход на величину этих затрат.

Условное постоянное давление, которое может на протяжении рабочего хода произвести работу, равную полезной работе за весь рабочий цикл, называется средним индикаторным давлением. У автомобильных двигателей среднее индикаторное давление колеблется в пределах 8-12 кг/см 2 (при наибольшем поступлении горючей смеси в цилиндры).

Следовательно, для определения работы, производимой данным двигателем за один рабочий цикл, нужно, зная среднее индикаторное давление газов, подсчитать силу давления газов на поршень (в кг) и умножить ее на длину хода поршня (в м). Работа, производимая двигателем в единицу времени — 1 секунду, называется мощностью двигателя.

Единицей мощности служит килограммометр в секунду (кгм/сек) или условная единица — лошадиная сила, равная 75 кгм/сек.

Для того чтобы уяснить, от чего зависит мощность двигателя, произведем примерный подсчет мощности одноцилиндрового четырехтактного двигателя, имеющего следующие данные: диаметр поршня 80 мм, ход поршня 100 мм, число оборотов вала двигателя 3600 в минуту, среднее индикаторное давление газов 8 кг/см 2 . Силу давления газов, воспринимаемую поршнем, можно определить, вычислив площадь днища поршня в квадратных сантиметрах и умножив эту величину на среднее индикаторное давление газов (8 кг/см 2 ).

Днище поршня представляет собой круг, площадь которого равна постоянному числу 3,14 (П), умноженному на радиус в квадрате (R 2 ). Радиус равен половине диаметра, т. е. в рассматриваемом случае 40 мм (80 : 2), или 4 см.

Следовательно, площадь днища поршня в этом случае будет равна

3,14 X 4 2 = 50,24 см 2 , или, округленно, 50 см 2 .

Отсюда полное давление газов, действующее на поршень, составит

8 кг/см 2 X 50 см 2 = 400 кг.

Следовательно, работа, произведенная поршнем за каждый рабочий цикл при ходе поршня 100 мм, или 0,1 м, будет равна

400 кг X 0,1 м = 40 кгм.

Так как рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала, число рабочих циклов при 3600 об/мин составит

3600 : 2 = 1800 в минуту, а в секунду

1800 : 60 = 30 рабочих циклов.

Отсюда мощность двигателя будет равна

40 кгм X 30 = 1200 кгм/сек,

1200 : 75 = 16 л.с.

Мощность, развиваемая газами внутри цилиндров двигателя, называется индикаторной мощностью и определяется по индикаторной диаграмме, снимаемой с двигателя автоматическим прибором — индикатором.

Площадь индикаторной диаграммы пропорциональна работе газов за рабочий цикл.

Часть индикаторной мощности тратится на преодоление трения в двигателе (между подшипниками и шейками коленчатого вала, поршнями и стенками цилиндров и т. д.) и привод вспомогательных механизмов (подъем клапанов, привод насосов систем охлаждения и смазки, приборов электрооборудования и т. д.).

Поэтому эффективная мощность, т. е. мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя, в зависимости от режима работы двигателя будет меньше индикаторной мощности на 10-20%. При этом условии эффективная мощность указанного в примере, двигателя составит около 13-14 л. с.

Очевидно, мощность многоцилиндрового двигателя равна мощности одноцилиндрового двигателя, умноженной на число цилиндров.

Как видно из приведенного выше примера, мощность двигателя зависит от диаметра и величины хода поршня, среднего индикаторного давления газов, числа оборотов коленчатого вала двигателя в единицу времени.

Однако мощность двигателя возрастает с увеличением числа оборотов коленчатого вала только до определенной величины, зависящей от конструктивных особенностей двигателя. Это объясняется тем, что с увеличением числа оборотов резко возрастают механические потери на трение и уменьшается среднее индикаторное давление, так как ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью. Наполнение цилиндров уменьшается потому, что увеличивается сопротивление прохождению смеси в клапанах (гидравлические потери) и сокращается продолжительность открытия впускного клапана.

Крутящий момент двигателя

Две параллельные и равные силы, направленные в противоположные стороны и действующие в одной плоскости, называются парой сил.

Под действием пары сил тело не остается в покое, а вращается. Такой случай мы имеем при вращении водителем рулевого колеса; усилие рук водителя создает пару сил (рис. 19).
Рис. 19 — Схема действия пары сил

Действие пары сил на тело зависит от величины этих сил и расстояния между точками их приложения, называемого плечом пары. Величина пары характеризуется ее моментом, т. е. произведением одной из сил в килограммах на плечо в метрах. Если, например, сила, с какой каждая рука водителя действует на рулевое колесо, равна 5 кг, а плечо пары составляет 0,4 м, то момент, вызывающий вращение рулевого колеса, будет равен 2 кгм. Этот момент называется крутящим (вращающим) моментом.

Во время рабочего хода в кривошипно-шатунном механизме также возникает пара сил, вызывающая вращение коленчатого вала.

Давление газов на поршень, передаваемое через шатун на кривошип коленчатого вала, создает силу Р (рис. 20, слева).
Рис. 20 — Схема пары сил, приложенной к коленчатому валу

Но всякая сила вызывает (по закону равенства действия и противодействия) равную себе, но действующую в противоположном направлении, реактивную силу, или реакцию.

Другой силой пары будет реакция Р, являющаяся силой сопротивления вращению коленчатого вала, вследствие трения в опорных подшипниках.

При положении поршня в верхней мертвой точке (рис. 20, справа) плечо пары, а следовательно, и крутящий момент равны нулю — поршень из этого «мертвого» положения выводится маховиком. По мере движения поршня во время рабочего хода меняются и сила, и плечо пары, соответственно с чем изменяется и крутящий момент. Изменения величины крутящего момента сглаживают применением маховика и увеличением числа цилиндров двигателя.

Крутящий момент, развиваемый двигателем, определяется при помощи специальных испытательных установок и характеризует работу, совершаемую двигателем за один оборот коленчатого вала. Зная величину крутящего момента и соответствующее ему число оборотов коленчатого вала двигателя, можно определить эффективную мощность двигателя.

Числа оборотов коленчатого вала, соответствующие максимальному крутящему моменту и максимальной мощности двигателя, не совпадают. Если максимальную мощность двигатель развивает обычно при 2800-3600 об/мин, то максимальный крутящий момент он развивает примерно при 1400-2000 об/мин. При 1400- 2000 об/мин, если дроссельная заслонка карбюратора открыта полностью, происходит наибольшая подача горючей смеси в цилиндры, среднее индикаторное давление газов достигает максимальной величины, а поэтому и крутящий момент оказывается наибольшим.

Экономичность двигателя

Экономичность двигателя характеризуется удельным расходом горючего, т. е. часовым расходом горючего, приходящимся на одну лошадиную силу эффективной мощности, развиваемой двигателем на определенном режиме работы.

Например, двигатель развивает эффективную мощность в 50 л. с. и расходует при этом в час 11 кг горючего. Следовательно, удельный расход горючего будет

Тест с ответами: “КПД”

1. Почему полезная работа, которую должен выполнить механизм, всегда меньше полной – той, которую он совершает на практике:
а) потому что при расчёте полезной работы механизма не учитывается трение, а также его собственный вес +
б) потому что прилагают к механизму силу, большую, чем надо
в) потому что действует «золотое правило» механики

2. Коэффициентом полезного действия механизма называют:
а) разность полной работы и полезной
б) отношение полезной работы к полной +
в) отношение путей, пройденных точками приложения сил, действующих на механизм

3. КПД механизма вычисляют по формуле:
а) N = A/t
б) F1/F2 = l2/l1
в) η = AП/AЗ +

Читайте также  Антифриз в цилиндре двигателя причины

4. Поднимая с помощью подвижного и неподвижного блоков ящик массой 18 кг на высоту 5 м, вытянули часть каната длиной 10 м. При этом действовали силой F = 100 Н. Каков КПД этой системы блоков:
а) 90% +
б) 9%
в) 94%

5. По наклонной плоскости (h = 3 м и l = 12 м) подняли груз массой 40 кг, действуя на него силой F = 120 Н. Найдите КПД наклонной плоскости:
а) 89%
б) 80%
в) 83% +

6. Валун массой 120 кг приподняли рычагом, плечи которого относятся как 1 : 2, на 10 см. Модуль приложенной силы F = 650 Н. Каков КПД рычага в этом случае:
а) 91,5%
б) 92,3% +
в) 90%

7. Определяя КПД одного и того же механизма, ученики получили разные его значения: 85% (№ 1), 95% (№ 2), 102% (№ 3), 98% (№ 4). О каком из этих значений можно сразу же сказать, что оно ошибочно:
а) №2
б) №1
в) №3 +

8. Характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии:
а) коэффициент полезного действия +
б) коэффициент полезной работы
в) коэффициент полезных свойств

9. Какая физическая величина характеризует экономичность двигателя:
а) мощность
б) произведенная двигателем механическая работа
в) коэффициент полезного действия +

10. Коэффициент полезного действия – это физическая величина, равная:
а) совершенной двигателем полезной работе
б) отношению произведенной двигателем полезной работы к полученной от нагревателя энергии
в) количеству теплоты, выделенной при сгорании топлива

11. Определите КПД двигателя внутреннего сгорания, который производит 46 • 10 в шестой степени Дж полезной работы, затрачивая 3 кг бензина:
а) 33,3% +
б) 30%
в) 35%

12. Сколько дров придется сжечь в топке парового котла, чтобы турбина, коэффициент полезного действия которой 32%, произвела 3,2 • 10 в восьмой степени Дж полезной работы:
а) 10 кг
б) 100 кг +
в) 200 кг

13. Почему (указать главную причину) КПД теплового двигателя не может быть равен 100%:
а) потому что пар (газ) отдает в тепловом двигателе только часть своей внутренней энергии и должен быть отведен в холодильник, чтобы новая порция пара, могла произвести работу
б) потому что всегда существует трение в движущихся деталях двигателя
в) потому что часть количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива, теряется – передается окружающим нагреватель телам

14. Трубоукладчик равномерно опускает в траншею газовую трубу массой 120 кг на глубину 1,5 м. Благодаря использованию подвижного и неподвижного блоков трос, на котором удерживаются трубы, натянут с силой 640 Н и опущен на 3 м. Какова полезная работа трубоукладчика:
а) 1 900 Дж
б) 1 600 Дж
в) 1 800 Дж +

15. Трубоукладчик равномерно опускает в траншею газовую трубу массой 120 кг на глубину 1,5 м. Благодаря использованию подвижного и неподвижного блоков трос, на котором удерживаются трубы, натянут с силой 640 Н и опущен на 3 м. Вычислите КПД блоков трубоукладчика:
а) 94% +
б) 90%
в) 91%

16. Неподвижным блоком равномерно поднимают груз массой 72 кг на высоту 2 м, затрачивая работу 1600 Дж. Вычислите КПД блока. Считайте g = 10 м/с2 (10 Н/кг):
а) 96%
б) 90% +
в) 94%

17. Выполняя лабораторную работу по определению КПД наклонной плоскости, ученик измерил длину наклонной плоскости (l = 90 см) и ее высоту (h = 30 см). После этого он груз весом 3 Н переместил по наклонной плоскости, действуя силой 2 Н. Вычислите полезную работу:
а) 1,9 Дж
б) 2 Дж
в) 0,9 Дж +

18. Выполняя лабораторную работу по определению КПД наклонной плоскости, ученик измерил длину наклонной плоскости (l = 90 см) и ее высоту (h = 30 см). После этого он груз весом 3 Н переместил по наклонной плоскости, действуя силой 2 Н. Вычислите полную работу:
а) 2,8 Дж
б) 1,8 Дж +
в) 0,8 Дж

19. Выполняя лабораторную работу по определению КПД наклонной плоскости, ученик измерил длину наклонной плоскости (l = 90 см) и ее высоту (h = 30 см). После этого он груз весом 3 Н переместил по наклонной плоскости, действуя силой 2 Н. Каков КПД наклонной плоскости:
а) 25%
б) 30%
в) 50% +

20. Трубоукладчик равномерно опускает в траншею газовую трубу массой 120 кг на глубину 1,5 м. Благодаря использованию подвижного и неподвижного блоков трос, на котором удерживаются трубы, натянут с силой 640 Н и опущен на 3 м. Вычислите вес трубы. Считайте g = 10 м/с2 (10 Н/кг):
а) 1 300 Н
б) 1 200 Н +
в) 1 000 Н

21. Трубоукладчик равномерно опускает в траншею газовую трубу массой 120 кг на глубину 1,5 м. Благодаря использованию подвижного и неподвижного блоков трос, на котором удерживаются трубы, натянут с силой 640 Н и опущен на 3 м. Какова полная работа трубоукладчика:
а) 1 920 Дж +
б) 1 820 Дж
в) 192 Дж

22. При равномерном перемещении груза массой 40 кг, подвешенного к короткому плечу рычага, к длинному плечу приложили силу 250 Н. При этом груз поднялся на высоту 50 см, а точка приложения силы опустилась на 1 м. Каков вес поднятого груза:
а) 200 Н
б) 400 Н +
в) 4 000 Н

23. При равномерном перемещении груза массой 40 кг, подвешенного к короткому плечу рычага, к длинному плечу приложили силу 250 Н. При этом груз поднялся на высоту 50 см, а точка приложения силы опустилась на 1 м. Какова полезная работа:
а) 2 000 Дж
б) 400 Дж
в) 200 Дж +

24. При равномерном перемещении груза массой 40 кг, подвешенного к короткому плечу рычага, к длинному плечу приложили силу 250 Н. При этом груз поднялся на высоту 50 см, а точка приложения силы опустилась на 1 м. Вычислите полную работу:
а) 500 Дж
б) 250 Дж +
в) 2 500 Дж

25. При равномерном перемещении груза массой 40 кг, подвешенного к короткому плечу рычага, к длинному плечу приложили силу 250 Н. При этом груз поднялся на высоту 50 см, а точка приложения силы опустилась на 1 м. Вычислите КПД рычага:
а) 60%
б) 70%
в) 80% +

26. Идеальная тепловая машина Карно имеет КПД 40%. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику составляет 800 Вт. Какое количество теплоты получает рабочее тело от нагревателя за 20 с:
а) 25 мДж
б) 26,7 кДж +
в) 400 Дж

27. Тепловая машина с КПД 50% за цикл работы отдает холодильнику 100 Дж. Какое количество теплоты за цикл машина получает от нагревателя:
а) 200 Дж +
б) 250 Дж
в) 150 Дж

28. Температура нагревателя идеальной тепловой машины 425 К, а температура холодильника 300 К. Двигатель получил от нагревателя количество теплоты 40 кДж. Какую работу совершило рабочее тело (кДж):
а) 18
б) 15
в) 12 +

29. Тепловая машина с КПД 50% за цикл работы продолжительностью 10 с получает от нагревателя 500 Дж. Какова средняя мощность, с которой теплота передаётся холодильнику:
а) 25 +
б) 20
в) 15

30. В тепловой машине температура нагревателя 600 K, температура холодильника на 200 K меньше, чем у нагревателя. Максимально возможный КПД машины равен:
а) 1/3
б) 2/3 +
в) ¾

Оценка эффективности работы теплового двигателя с физической и экологической точек зрения

Цели урока: создание условий для усвоения знаний о способах вычисления КПД теплового двигателя с физической и экологической точек зрения.

  • Дать учащимся понятие об эффективности работы тепловых двигателей, научить оценивать (рассчитывать) эффективность работы, вычисляя коэффициент полезного действия теплового двигателя.
  • Продолжить формирование экологического мышления учащихся и умения переносить знания в новые ситуации.
  • Развивать аналитический компонент мышления учащихся при работе с дополнительной литературой по предмету.
  • Обеспечение учебного процесса: плакаты по экологии (нарисованы детьми, занимающимися в физическом кружке), тексты экологического содержания, тест для контроля знаний с выбором ответов, спилы деревьев, материал по использованию новых технологий и альтернативных источниках энергии.

    Читайте также  Что такое ванос в двигателе?

    1. Организационный момент. Приветствие.

    2. Контроль знаний по теме “Работа газа и пара при расширении. ДВС. Паровая турбина”. Фронтальная проверочная работ состоит из 7 заданий (текст напечатан и даётся каждому учащемуся):

    Задание Материал для выполнения задания
    1. Укажите номера картинок, на которых показаны механизмы, работающие по принципу ДВС Ваш ответ: номера _________

    Двигатели … горания Двигатели … сгорания

    ● Паровая машина ● Бензиновые, …

    Время выполнения задания – 6 минут. Ответы записываю на доске, и ученики сами оценивают свои ответы. Каждый правильный ответ оценивается одним баллом. Отметка “5” соответствует 15–17 баллам, отметка “4” — 12–14 баллам, отметка “3” соответствует 8–11 баллам.

    3. Работа по изучению нового материала.

    1. Работа с толковым словарём русского языка С.И. Ожегова и Н.Ю. Шведова. Находим толкование слова “эффективный”. Один ученик записывает на доске: Приводящий к нужным результатам; действенный. Предназначенный для выполнения полезной работы; производительный, экономичный.

    2. Актуализация ранее полученных знаний. Беседа по вопросам:

    — Случалось ли нам определять полезную работу и оценивать производительность, экономичность механизмов? (Если учащиеся затрудняются ответить на вопрос, покажите им картинку или собранную установку наклонной плоскости)

    — Какая физическая величина характеризует эффективность механизма? (Обычно учащиеся вспоминают лабораторную работу по определению КПД наклонной плоскости)

    — Приходится ли нам в быту определять производительность, экономичность каких – либо механизмов?

    Я просила вас побеседовать дома с папами и мамами и выяснить: как часто они заправляют автомобиль, знают ли расход бензина на 100 км, какие меры принимают для уменьшения расхода топлива? Предлагаю учащимся зачитать домашние заготовки.

    4. Объяснение нового материала.

    Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только часть выделившейся при сгорании топлива, так как газ или пар, совершив работу, ещё обладают энергией. Для оценки работы теплового двигателя важно знать: какая часть выделившейся энергии от сгорания топлива пошла на совершение полезной работы:

    Q1— количество теплоты, полученное от нагревателя,

    Q2— количество теплоты, отданное холодильнику.

    Чем большую часть энергии превращает двигатель в полезную работу, тем он экономичнее. Для характеристики экономичности двигателя вводится понятие — коэффициент полезного действия двигателя – КПД (η).

    или

    КПД – отношение полезной работы, совершённой двигателем, к энергии, полученной от нагревателя.

    КПД всегда меньше единицы, т.е. 100%. Почему? Рассматриваем плакат:

    Среди способов увеличения КПД тепловых двигателей один оказался особенно эффективным. Сущность его состояла в уменьшении потерь энергии за счёт перенесения места сжигания топлива и нагрева рабочего тела внутрь цилиндра.

    5. Закрепление материала. Вопросы учащимся.

    1. На совершение полезной работы пошла 1/5 часть энергии топлива. Какой КПД двигателя?

    2. Может ли КПД двигателя быть равным: 70%, 45%, 100%, 98%?

    3. Оцените эффективность работы тепловых двигателей.

    6. Давайте оценим эффективность работы тепловых двигателей с экологической точки зрения.

    Самостоятельная работа учащихся с текстами из книги “Экология, окружающая среда и человек» под ред. Ю.В.Новикова. Издательско-торговый дом “Гранд”, Москва, 1998. — С.214

    Текст 1. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, уголь, природный газ и другие). Количество загрязнения определяется составом, объемом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания. Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в двигателях всех видов, — нетоксичные диоксид углерода СО2 и водяной пар Н2О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бензапирен С20Н12, несгоревшие частицы топлива и т.п. Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50% частиц примеси радиусом 0,01-0.1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них. Проникающие в организм частицы вызывают токсический эффект, поскольку они: а токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе; б) служат помехой для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально очищается респираторный (дыхательный) тракт; в) служат носителем поглощенного организмом ядовитого вещества.

    Текст 2. Как известно, экологическая обстановка на Земле и в нашей стране продолжает ухудшаться. Известно, что более 60 млн. тонн вредных веществ выбрасывают в атмосферу ежегодно наши промышленные предприятия, около 37 млн. тонн таких веществ попадает в нее вместе с выхлопными газами автотранспорта, примерно 30 млрд. м 3 воды, загрязненной промышленными и бытовыми отходами, стекает в реки, озера, моря. В более чем 100 городах, где проживает приблизительно 50 млн. человек, предельно допустимые концентрации вредных веществ, превышены в 10 (и больше!) раз. Автомобили на сегодняшний день в России — главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах — каждый пятый. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли и, особенно на участках автотрасс, где стоят светофоры. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. На свалках скапливаются изношенные шины, ржавые корпуса. Впрочем, старые кузова автомобилей можно увидеть и во дворах и на пустырях. Автомобили загрязняют почву. Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг вредных веществ. Если двигатель машины работает на бензине, с добавлением свинца, то они загрязняют почву этим тяжелым металлом вдоль дороги в полосе шириной 50-100 м, а если дорога идет вверх, и двигатель работает с нагрузкой, и загрязненная полоса имеет ширину до 400 м! Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека и может стать причиной тяжелых болезней.

    Предлагаю учащимся прокомментировать рисунки.

    На основании анализа текстов заполняем таблицу:

    Преимущества ДВС Недостатки ДВС
    1. Высокая дальность передвижения на одной заправке 1. Низкий средний КПД во время эксплуатации
    2. Малый вес и объем источника энергии (топливного бака). 2. Высокое загрязнение окружающей среды:

    — уменьшают содержание кислорода в воздухе и увеличивают процент углекислого газа;

    — загрязняют атмосферу азотными и серными соединениями, свинцом;

    Предлагаю учащимся сделать общий вывод о соотношении пользы и вреда тепловых машин. Ответы могут быть разными. Мне очень понравился такой вывод:

    Несмотря на всю серьезность недостатков, имеющихся у теплового двигателя: загрязнение окружающей среды, сложности в работе, он сыграл значительную роль в развитии технического прогресса, и вывел этот прогресс на новые рубежи.

    Что перетянет в будущем?

    Слово учителя: человечество осознало, что прогресс может нанести непоправимый вред равновесию в мировой экосистеме. И что же предлагают для сохранения окружающей нас природы?

    Учащиеся выступают с сообщениями о поисках альтернативных источников энергии (ветровые, геотермальные электростанции, солнечные батареи).

    1. Подведение итогов урока.

    Отметка за урок складывается из оценки за контрольное тестирование и работу на уроке.

    2. Домашнее задание: параграф 24, нарисовать и раскрасить человека или животное, которые могут вырасти из данного дерева. (Раздаю учащимся бруски и спилы разных деревьев)

    1.4 Основные показатели работы двигателей

    Основные показатели, характеризующие работу двигателя, — крутящий момент, мощность, экономичность и коэффициент полезного действия.

    Большая часть тепловой энергии, выделяющаяся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, превращается в механическую. Сила давления газов, действующая на поршень, передается через шатун на кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя.

    Крутящий момент – это произведение силы, вращающей кривошип, на радиус кривошипа. Крутящий момент выражается в ньютоннометрах (Нм). Развивая определенный крутящий момент, двигатель, совершает работу.

    Мощность – это работа, выполненная в единицу времени. Ее измеряют в киловаттах (кВт). Различают индикаторную и эффективную мощность двигателя.

    Индикаторная мощность – это мощность, развиваемая газами внутри цилиндра работающего двигателя.

    Эффективная мощность – мощность, получаемая на коленчатом валу. Она меньше индикаторной на 20…25%, так как часть мощности затрачивается на преодоление сил трения в механизмах двигателя и приведение в действие вспомогательных устройств (насосов, вентилятора, генератора и др.) и на газообмен.

    Механический коэффициент полезного действия (КПД) двигателя – отношение эффективной мощности к индикаторной. Он зависит в основном от качества обработки деталей, смазывания трущихся деталей и правильности сборки двигателя. Значения механического КПД колеблются в пределах 0,75…0,80.

    Эффективный коэффициент полезного действия – отношение количества теплоты, превращенный в механическую работу, к количеству теплоты, содержащейся в топливе. Значение эффективного КПД находится в пределах 0,26…0,37 (для карбюраторных двигателей – нижний, а для дизелей – верхний предел). В исправном двигателе около 30% теплоты идет на получение эффективной мощности. Остальная тепловая энергия расходуется на механические потери (20%), нагрев охлаждающей жидкости (25%) и двигателя (10%), а также уносится с отработавшими газами (15%).

    Экономичность работы двигателя характеризуется удельным расходом топлива. Последний, определяют делением часового расхода топлива на эффективную мощность двигателя.

    2 Кривошипно-шатунный механизм

    2.1 Блок двигателя. Цилиндры

    Блок-картер служит основанием, внутри и снаружи которого расположены детали механизмов и систем двигателя. Блок-картер тракторных двигателей образован из нескольких неподвижно соединенных между собой частей. В зависимости от типа и мощности двигателя составные части двигателя несколько отличаются конструктивно, но в принципе устроены одинаково. Блок-картер – основная часть многоцилиндрового двигателя (рис. 4а).

    1 – блок-картер; 2 – поддон картера; 3 – передняя опора; 4 – картер

    распределительных шестерен; 5 – головка цилиндра; 6 – колпак;

    7 – крышка; 8 – картер маховика; 9 – задняя опора; 10 – рама трактора.

    Рисунок 4а – Блок-картер.

    В большинстве современных двигателей он изготовлен в виде единой коробчатой отливки. Чтобы повысить жесткость и разделить блок-картер на несколько отсеков, внутри него выполнены перегородки. Горизонталь-ная перегородка 2 (рис. 4б) делит его на две половины: Верхнюю – блок цилиндров и нижнюю – картер. В блоке устанавливают гильзы цилиндров, которые плотно входят в отверстия верхней плиты и горизонтальной перегородки.

    Головка цилиндров 5 (рис. 4а) – представляет собой толстую чугунную плиту, которая закрывает блок-картер сверху. Нижняя часть головки тщательно обработана, она же — верхняя для камер сгорания всех цилиндров. В головке размещены отверстия для клапанов, форсунок, штанг, впускные и выпускные каналы.

    На верхней части (плоскости) головки закрепляют детали привода клапанов, которые закрывают крышкой 7. К нижней плоскости блок-картера прикреплен поддон 2 (рис. 4а), который служит резервуаром для масла, и закрывает нижнюю часть двигателя.

    1 – блок цилиндров; 2 – горизонтальная перегородка; 3 – картер; 4 – перегородки картера; 5 – отверстие для распределительного вала; 6 – вертикальная перегородка; 7 – камера-штанг.

    Рисунок 4б – Блок-цилиндров.

    Картер распределительных шестерен 4 закрывает шестерни, передающее вращение от коленчатого вала к распределительному валу, к приводам топливного и гидравлического масляного насосов.

    На задней плоскости блок-картера закреплен картер маховика, который необходим для размещения маховика.

    Детали блок-картера тракторных двигателей (за исключением поддона) обычно отливают из чугуна.

    Отдельно изготовленный цилиндр называют гильзой. Гильзы обычно изготавливают из легированного чугуна. Внутреннюю поверхность гильзы, называют зеркалом. По внутреннему диаметру гильзы распределяют на три размерные группы: Б, С и М (большая, средняя и малая). Гильзы, наружная поверхность которых омывается охлаждающей жидкостью, называют «мокрыми» (рис. 5а). На цилиндрах двигателей с воздушным охлаждением снаружи имеются охлаждающие ребра (5) (рис. 5б).

    Тепловые двигатели

    Разработка содержит материал в помощь учителям физики для обобщения изученного материала по данной теме.

    В презентации содержится 12 вопросов по данной теме. На каждый вопрос приводятся 3 или 4 ответа, из которых один (чаще всего) — верный. Переход к следующему вопросу возможен, если найден верный ответ. После ответа на все вопросы, на итоговом слайде, приводится таблица оценки результатов работы.

    Для получения оценки переходим на начальный слайд и, перемещаясь последовательно по слайдам, подсчитываем количество допущенных ошибок. В соотвествии с из количеством получаем оценку за работу.

    К учителям физики просьба: пишите свои комментарии и пожелания.

    Просмотр содержимого презентации
    «Тепловые двигатели_1»

    Работа пара и газа при расширении. КПД теплового двигателя

    Физика, 8 класс

    Автор – Иванов Виктор Васильевич, МБОУ «СОШ с.Вязовка» Черноярского района Астраханской области, 2018 г.

    1. Как изменяется внутренняя энергия пара или газа при расширении? Изменение какой физической величины свидетельствует об этом?

    Жаль, ошибка…

    2. Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается во внутреннюю энергию газа или пара, а затем в механическую энергию, называют…

    гидравлическими машинами

    тепловыми двигателями

    Жаль, ошибка…

    простыми механизмами

    3. Какой тепловой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

    Который имеет внутреннюю камеру сгорания топлива

    У которого топливо сгорает внутри рабочего цилиндра двигателя

    Для которого используется жидкое топливо, вводимое непосредственно в двигатель

    Жаль, ошибка…

    4. Из последовательности каких четырех тактов состоит каждый цикл работы двигателя внутреннего сгорания?

    1 Впуск, расширение, воспламенение, рабочий ход

    2 Впуск, сжатие, воспламенение, выпуск

    3 Впуск, воспламенение, рабочий ход, выпуск

    Жаль, ошибка…

    4 Впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск

    5. Зачем для работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания нужен маховик на его валу?

    Чтобы маховик во время рабочего хода запасал энергию, нужную для работы двигателя внутреннего сгорания

    Жаль, ошибка…

    Чтобы маховик вращал вал двигателя в интервалах времени между рабочими ходами

    Чтобы, получив энергию во время рабочего хода и вращаясь затем по инерции, маховик поворачивал вал двигателя для осуществления других тактов цикла его работы

    6. Паровая (газовая) турбина — вид теплового двигателя

    приводимого в движение струями пара (газа), давящими на лопатки дисков, находящихся на его валу

    Жаль, ошибка…

    отличающегося от двигателя внутреннего сгорания тем, что может работать на любом топливе

    без поршня и системы зажигания топлива

    для которого характерны все пункты 1,2,3

    7. Наличие каких составных частей обязательно для работы теплового двигателя?

    Рабочего тела — пара или газа

    Камера сгорания топлива или парового котла с топкой

    Отвода отработанного пара или газа

    Жаль, ошибка…

    Нагревателя, рабочего тела, холодильника

    8. Какая физическая величина характеризует экономичность двигателя?

    Произведенная двигателем механическая работа

    Его мощность

    Жаль, ошибка…

    Коэффициент полезного действия двигателя

    Количество теплоты, полученное при сгорании топлива

    9. Коэффициент полезного действия — это физическая величина, равная

    совершенной двигателем полезной работе

    отношению произведенной двигателем полезной работы к полученной от нагревателя энергии

    количеству теплоты, выделенной при сгорании топлива

    10. По каким формулам находят коэффициент полезного действия теплового двигателя?

    Жаль, ошибка…

    12. Почему (указать главную причину) КПД теплового двигателя не может быть равен 100%?

    Потому что пар (газ) отдает в тепловом двигателе только часть своей внутренней энергии и должен быть отведен в холодильник, чтобы новая порция пара могла произвести работу

    Потому что всегда существует трение в движущихся деталях двигателя

    Жаль, ошибка…

    Потому что часть количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива, теряется — передается окружающим нагреватель телам

    Подведём итоги работы

    Перейди на первый вопрос. Посмотри, есть ли ошибки. Далее переходи по всем слайдам и складывай допущенные ошибки.

    Если ошибок меньше 3 , то оценка « 5 ».

    Если от 3 до 4 , оценка « 4 ».

    Если от 5 до 6 , оценка « 3 ».

    Если больше 6 , оценка « 2 ».