Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
план-конспект урока по физике (8 класс) на тему

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Афлятунова Гулюса Шагитовна

Учитель физики гимназии № 4 Кировского района г.Казани  Республики Татарстан

Цели урока:

Образовательные – рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей; выяснить роль тепловых двигателей в жизни мирового сообщества;

Развивающие – совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительные умения учащихся; формировать представление о процессе научного познания;

Воспитательные – прививать культуру умственного труда; раскрыть сущность экологических проблем и убедить учащихся в жизненной важности бережного отношения к окружающей нас природе.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Оборудование: пробирка, пробка, вода, таблица «ДВС» экологические таблицы.

Плакаты:

 1.  Жак Ив Кусто: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу»

2.   1 т бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг вредных веществ;

в атмосферу ежегодно выбрасывается 5 млрд т. СО2  в состав выхлопных газов входит 1200 компонентов, в том числе оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов (наиболее вредный – оксид свинца), сажа.

Ход урока

1. Организационный момент  
2. Подготовка к усвоению нового материала (организовать и целенаправить познавательную деятельность учащихся)

а) мотивация

Мощный расцвет промышленности в XIX в был связан с изобретением первого теплового двигателя внутреннего сгорания послужило базой для развития автомобильного транспорта.

        В нем дикая,

                        страшная сила

        Гнездится –

                        она называется –

                                                «пар»

                                В.Г.Бенедиктов

        Тема нашего урока – тепловые двигатели и охрана окружающей среды.

        б) формулировка цели урока.

        Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Все они при работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы охраны окружающей среды.

        Наша цель раскрыть сущность экологических проблем; научить видеть физику в окружающем мире.

3. Актуализация опорных знаний учащихся (повторить и углубить знания, необходимые для усвоения нового материала; прием обучения – эвристическая беседа)
4. Освоение нового материала.

1. Проделаем опыт. Нальем в пробирку немного воды, затем плотно закроем ее пробкой нагреем воду до кипения. Под давлением образовавшегося пара пробка выскочит и поднимается вверх. Сначала в этом опыте энергия топлива перешла во внутреннюю энергию. Затем пар, расширяясь, совершил работу – поднял пробку. Если мы заменим пробирку прочным металлическим цилиндром, а пробку – поршнем, способным двигаться внутри цилиндра, то получим простейший тепловой двигатель.

Тепловыми двигателями называют машины, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую.

Существует разные виды тепловых двигателей:

• паровая машина,
• двигатель внутреннего сгорания,
• газовая и паровая турбина,
• реактивный двигатель.

        Различные по конструкции и назначению паровые машины разработали: Т.Севери (англичанин), Т.Ньюкомен (англичанин), Д. Папен (француз), И.И. Ползунов (русский), Д.Уатт (англичанин).

        Большое значение для развития науки и техники имело изобретение Уатта, которое совпало по времени с бурным развитием промышленности в Англии.   Изобретение паровой машины сыграло огромную роль в переходе к машинному производству. Недаром на памятнике Уатту написано: «Увеличил власть человека над природой».

2. Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г,  французским механиком Э.Ленуаром. Свое название он получил из – за того, что топливо в нем сжигалось внутри цилиндра двигателя.

Наибольшее распространение получил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, сконструированный в 1878 г. немецким изобретателем Н.Отто Каждый рабочий цикл этого двигателя включал в себя четыре такта:

-впуск горючей смеси,

-ее сжатие,

-рабочий ход,

-выпуск продуктов сгорания.

Отсюда и название двигателя – четырехтактный.

I такт – выпуск. Открывается впускной клапан, поршень движется вниз, рабочая смесь занимает весь объем цилиндра.

II такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется, рабочая смесь сжимается, и при минимальной рабочей смеси происходит воспламенение от искры.

III такт – рабочий ход. При сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 мПа, а Температура 1500 - 2200ºС. Поршень под действием газов движется вниз, температура газа уменьшается. Происходит преобразование части внутренней энергии в механическую.

IV такт – выпуск. Поршень начинает двигаться вверх, открывается выпускной клапан, и отработанные газы выходят в окружающую среду.

Частота вращения вала – от 3000 до 7000 оборотов в минуту. КПД-25-30%.

В 1897г. немецкий инженер Р.Дизель сконструировал ДВС, в котором сжималась не горючая смесь, а воздух. В процессе этого сжатия температура воздуха поднималась настолько, что при попадании в него топлива оно самовозгоралось. Специального устройства для воспламенения топлива в этом двигателе уже не требовалось; не нужен был и карбюратор. Новые двигатели стали называть дизелями. Двигатели Дизеля являются наиболее экономичными тепловыми двигателями. КПД- 31-44 %.

Применение ДВС: они приводят в движение самолеты, теплоходы, тракторы, тепловозы, морские и речные суды, автомобили.

3. Охрана окружающей среды.

Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима.  Все они при работе выделяют большое количество теплоты и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы охраны окружающей среды.

Особое место в экологическом загрязнении занимает транспорт. Один легковой автомобиль в среднем в год потребляет около 4 тонн кислорода, а выбрасывает в атмосферу около 40 кг окиси азота и почти 200 кг различных углеводородов. Выбросы особенно значительны при малых оборотах двигателей или в моменты торможения или увеличения скорости. В этот момент выделяется в десятки раз больше несгоревших частиц, чем при обычной работе двигателя в пути. Отработавшие газы автомобильных двигателей оказывают вредные влияния на весь организм человека, воздействуют на органы обоняния, вызывают раздражение глаз, верхних дыхательных путей, обострение легочных и других хронических заболеваний, в некоторых случаях могут привести к серьёзным отравлениям.

Отрицательные последствия использования машин:

  а) Сжигание топлива сопровождается  выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к повышению ее температуры (парниковый эффект). Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофические повышение уровня Мирового океана.

б) при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

в) При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.

        Ежегодно сжигая 33 млрд т угля, человечество рассеивает вместе с золой до 220 тыс. т урана и 280 тыс.т. мышьяка, в то время как мировое производство этих двух металлов составляет в год соответственно 30 и 40 тыс. т.

        В результате сжигания топлива в атмосферу поступает около

200 млн т. оксида углерода (II)

150 млн. т. оксида серы (IV)

50 млн. т. оксида азота (II)

250 млн. т. пыли

70 млн. м³ соединений свинца и других металлов.

В последние годы охране окружающей среды во всех странах мира уделяется большое внимание.

Для этого необходимо обеспечить:

1. более полное сгорание топлива;
2. более тщательную очистку газов, выделяющихся двигателями внутреннего сгорания;
3. поиск более «чистого» продукта. Ведутся большие исследовательские работы по созданию водородного двигателя, в процессе работы которого в атмосферу не выбрасываются вредные газы.

Перспективными  с точки зрения экологии являются электромобили, в которых вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель.

Защита окружающей среды – дело каждого, и каждый может и должен принять в нем посильное участие.

V. Закрепление нового материала (закрепить знания и умения, необходимые для самостоятельной работы учащихся)

Итак, попробуем ответить на вопросы:

1. Перечислите виды тепловых двигателей. Каковы отрицательные последствия применения тепловых двигателей?

2. Какая экологическая проблема нашла отражение в строках китайского поэта Цюй  Цюбо?

Генерал – губернатор

Мчится в автомобиле.

Белесый клубится дым,

Зловоние душит людей.

4. Одним из перспективных направлений в поисках экологически чистых видов топлива является переход на широкое использование водорода. Чем это объяснить?

        VI. Подведение итогов урока (формировать систему знаний о процессе научного познания)

Основу научного познания заложил великий итальянский ученый Г.Галилей. Именно этим путем идут ученые, совершая свои открытия. И мы на уроке изучали новый материал соответственно циклу естественнонаучного познания.

        Метод научного познания позволяет объективно отражать действительность и применяется не только в физике, но и в других областях науки. Вспомним основные этапы и их последовательность в изучении тепловых двигателей. Какой этап научного познания вам показался наиболее трудным? Наиболее важным? Наиболее интересным?

        VII. Домашнее задание.

        § 22.   Подготовить доклад на тему: «Использование энергии Солнца на Земле».