Какая физическая величина характеризует экономичность теплового двигателя?

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.

    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)

    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 +

    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

    Тест с ответами КПД (Почему полезная работа, которую должен выполнить механизм …)

    (правильные ответы отмечены плюсом)

    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 +

    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

    Какая физическая величина характеризует экономичность теплового двигателя?

    Народна Освіта » Фізика » § 16. Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя

    § 16. Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя

    Физически развитый человек может за сутки выполнить работу, равную примерно 1 млн джоулей. Среднесуточное потребление энергии одним жителем Земли больше в сотни раз. из всей энергии, потребляемой человеком, около 90 % — энергия топлива. на обогрев помещений и приготовление пищи идет только незначительная часть этой энергии — в основном люди используют энергию топлива, превращая ее в механическую. Как это происходит и при каких условиях возможно такое превращение?

    Знакомимся с принципом действия тепловых двигателей

    Проведем опыт. Плотно закупорим носик чайника и поставим чайник с водой на горелку газовой плиты. Через некоторое время крышка чайника начнет подпрыгивать. Выясним почему.

    Вода в чайнике закипает, и давление пара под крышкой увеличивается. Наконец наступает момент, когда сила давления пара, действующая на крышку, становится больше силы тяжести, и крышка подпрыгивает. В этот момент часть пара выходит наружу, давление пара под крышкой уменьшается и сила тяжести возвращает ее на место (рис. 16.1). Если нагревание продолжить, процесс повторится.

    В описанной системе, состоящей из газовой горелки, чайника с крышкой и кипящей воды, за счет энергии, выделяющейся при сгорании топлива, выполняется механическая работа, при этом часть энергии отдается окружающей среде.

    Если с крышкой чайника соединить какой-нибудь механизм, получим простейшую модель теплового двигателя.

    Тепловой двигатель — это циклично работающая машина, которая преобразует энергию топлива в механическую работу.

    Кроме тепловых двигателей существуют другие виды тепловых машин (подробнее об этом вы узнаете в старших классах). Выясним на примере с чайником, из каких основных частей должна состоять тепловая машина.

    Во-первых, в данной системе механическую работу выполняет пар, который нагревается и, расширяясь, поднимает крышку. Газ, выполняющий

    работу во время своего расширения, называют рабочим телом.

    Во-вторых, пар под крышкой чайника расширяется в результате получения энергии от газовой горелки. Устройство, от которого рабочее тело получает теплоту, называют нагревателем.

    В-третьих, во время опыта водяной пар периодически отдает часть энергии окружающей среде (если бы этого не происходило, «двигатель» не смог бы работать циклично — крышка не возвращалась бы в исходное положение и процесс не повторялся бы). Объект, которому рабочее тело отдает некоторое количество теплоты, называют холодильником.

    Любая тепловая машина состоит из трех основных частей: нагревателя, рабочего тела, холодильника (рис. 16.2).

    Определяем КПД теплового двигателя

    В любом тепловом двигателе на выполнение работы расходуется только часть энергии, «запасенной» в топливе. Часть выделившейся энергии передается окружающей среде (теряется), кроме того, топливо сгорает не полностью. При этом потери энергии в тепловых двигателях не ограничиваются тепловыми потерями. Часть энергии также расходуется на выполнение работы против сил трения частей и механизмов двигателя. Такие потери энергии называют механическими.

    Очевидно: чем меньше тепловые и механические потери в двигателе, тем меньше топлива нужно израсходовать, чтобы выполнить ту же самую полезную работу, и тем экономичнее двигатель.

    Коэффициент полезного действия теплового двигателя — это физическая величина, характеризующая экономичность теплового двигателя и показывающая, какая часть всей энергии, «запасенной» в топливе, преобразуется в полезную работу.

    Коэффициент полезного действия двигателя η вычисляют по формуле:

    где Аполезн — полезная работа; Qiioth — количество теплоты, которое может выделиться в процессе полного сгорания топлива.

    Полезная работа всегда меньше количества теплоты, выделяющегося в процессе полного сгорания топлива, поэтому КПД теплового двига-

    теля всегда меньше 100 %. Обычно КПД тепловых двигателей составляет 20-40 % (рис. 16.3).

    Тепловой двигатель — это циклично работающая машина, которая преобразует энергию топлива в механическую работу.

    Любая тепловая машина состоит из трех основных частей: нагревателя, рабочего тела, холодильника.

    Принцип действия тепловых машин: рабочее тело получает некоторое количество теплоты от нагревателя; часть этой теплоты преобразуется в механическую энергию (рабочее тело выполняет работу), а часть отдается холодильнику.

    Коэффициент полезного действия η теплового двигателя — это физическая величина, характеризующая экономичность двигателя и показывающая, какая часть всей энергии фполн, «запасенной» в топливе, преобразуется в полезную работу

    КПД теплового двигателя вычисляют по формуле:

    ’1. Что такое тепловой двигатель? 2. Назовите основные части теплового двигателя. 3. В чем состоит принцип действия теплового двигателя? 4. Назовите основные виды потерь энергии в тепловых двигателях. 5. Дайте определение КПД теплового двигателя. 6. Почему КПД теплового двигателя всегда меньше 100 %?

    1. В двигателе при полном сгорании топлива выделилось 500 кДж теплоты. В результате двигатель выполнил полезную работу, равную 125 кДж. Определите КПД теплового двигателя.

    2. Во время работы теплового двигателя использовали 0,5 кг дизельного топлива. При этом двигатель выполнил полезную работу, равную 7 МДж. Вычислите КПД двигателя.

    3. Тепловой двигатель, КПД которого равно 20 %, израсходовал 10 л бензина. Какую полезную работу выполнил двигатель?

    4. Какую среднюю мощность развивает двигатель мотоцикла, если при скорости движения 90 км/ч расход бензина составляет 4 кг на 100 км пути? КПД двигателя 25 %.

    5. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте о первых тепловых машинах, созданных человеком.

    «Картофельный выстрел». Возьмите стеклянную бутылку, сполосните ее водой и закупорьте картофелиной (осторожно вдавите горлышко бутылки в картофелину и уберите остатки картофелины). Поставьте закупоренную бутылку в кастрюлю с водой и начните нагревать воду. Через некоторое время «пробка» вылетит (см. рисунок). Объясните это явление.

    (Во время проведения опыта нельзя наклоняться над кастрюлей!)

    Физика и техника в Украине

    Производственное объединение «Южмаш» и конструкторское бюро «Южное» (Днепр)

    В начале 50-х гг. прошлого века большой автомобильный завод в Днепропетровске был переоборудован в завод по производству космических ракет, а также было создано конструкторское бюро (КБ) для их разработки. С того времени КБ «Южное» и завод «Южмаш» много лет определяли мировой уровень основных направлений и достижений в ракетно-космической области.

    Под руководством таких выдающихся конструкторов, как В. С. Будник, М. К. Янгель, В. Ф. Уткин, С. Н. Конюхов, в КБ «Южное» было разработано 67 типов космических аппаратов и 12 космических комплексов. КБ «Южное» и «Южмаш» создали комплекс «Зенит» — один из самых совершенных в мировой ракетно-космической технике по конструктивному исполнению и автоматизации подготовки к пуску; всего было изготовлено и выведено на орбиту свыше тысячи космических аппаратов.

    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 ».