В своей жизни мы постоянно встречаетесь с различными двигателями. Они приводят в движение автомобилям и самолетам, тракторам, кораблям и железнодорожным локомотивам. Электрический ток вырабатывается преимущественно с помощью тепловых машин. Именно появление и дальнейшее распространение тепловых машин обеспечили возможность для быстрого развития промышленности в XVIII -XX вв.
Работа тепловых машин связана с использованием ископаемого топлива. Современное мировое сообщество использует энергетические ресурсы в огромных масштабах. Например, за 2007 год энергопотребление составило примерно 5.1017 кДж.
Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к повышению внутренней энергии окружающих тел и, в конце концов, атмосферы. Казалось бы, что выработка 5.1017 кДж энергии за год, отнесенная к площади освоенной человеком суши (8,5 млрд. га), даст незначительную величину 0,15 Вт/м2 сравнению с поступлением лучистой энергии Солнца на земную поверхность: 1,36 кВт/м2.
Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека вещества, например сернистые соединения, оксиды азота, углеводороды, угарный газ, хлор и т.д.. Эти вещества попадают в атмосферу, а из нее — в разные части ландшафта. Оксиды серы и азота сочетаются с атмосферной влагой, образуя серную и нитратную кислоты.
Загрязнение воздуха и водоемов, гибель хвойных лесов и много других свидетельств катастрофического положения природы отмечено в ряде регионов Украины и азиатской части России.
Применение паровых турбин на электростанциях требует много воды и больших площадей, отводимых под ставки для охлаждения отработанного пара. С увеличением мощности электростанций потребность в воде и новых площадях резко возрастает.
Огромное количество продуктов сгорания топлива, в частности, углекислый газ, обусловливающие возникновение так называемого «парникового эффекта». Дело в том, что углекислый газ свободно пропускает энергию солнечного излучения к Земле, но не «выпускает» обратно в космическое пространство тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли. В результате температура воздуха вблизи земной поверхности повышается.
Усиление парникового эффекта, обусловленное выбросами больших количеств углекислого газа, может привести к глобальному потеплению, что чревато катастрофическими последствиями. Например, оно уже начало приводить к таянию полярных льдов и горных ледников, и, если парниковый эффект будет усиливаться, уровень Мирового океана начнет подниматься. По некоторым оценкам, он может подняться более чем на метр, что приведет к затоплению огромных прибрежных территорий.
Урок по теме
«Тепловые двигатели. Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения »
10 класс
Учитель: Каменцева О.Н.
Тип урока : урок – обобщения и систематизация знаний с элементами исследовательской деятельности.
Задачи урока :
1.Образовательная:
Знать понятия, величин, формул, законов;
Уметь решать и составлять задачи, проводить измерения;
Владеть приемами устной, письменной, монологической и диалогической речи; владеть основными видами ответов, определения понятий, сравнения; формирование исследовательских компетентностей учащихся, умения самостоятельно работать с информацией; реализация межпредметных связей.
2. Воспитательная:
Развивать нравственные и эстетические представления, систему взглядов на мир;
Формировать знания о динамических и статистических закономерностях, о влиянии условий на характер протекания физических процессов.
3. Развивающая:
Развить речь, мышление, сенсорную сферу личности, эмоционально-волевую и потребностно – мотивационную области;
Умственную деятельность.
Оборудование к уроку: ПК, проектор, датчик СО 2 SensorLab , система сбора данных.
План урока:
Оргмомент.
Формулировка проблемы урока.
Формулировка темы урока.
Задачи урока для учащихся.
Фронтальный опрос.
Решение задач
Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения.
Пути решения экологических проблем.
Решение проблемного вопроса.
Решение задачи из части «С» ЕГЭ.
Подведение итогов.
Домашнее задание.
Ход урока:
Оргмомент.
Формулировка проблемы урока. Человек летит в космос, погружается на большие глубины морей и океанов, проникает в суть вещества, а всё ли мы знаем о себе? Ребята, на прошлом уроке мы с вами познакомились с темой «Тепловые двигатели» и сегодняшний урок я хочу начать с вопроса «Является ли человек тепловым двигателем?» (Рассуждения детей).
3.Формулировка темы урока.
Исходя из проблемного вопроса, как вы думаете чем мы будем заниматься сегодня на уроке? Какова будет тема урока?
(Ответы детей)
4.Задачи урока для учащихся. Какие задачи мы поставим себе на урок?
(Ответы детей)
5.Фронтальный опрос.
Какую я перед вами поставила проблему?
Как вы думаете, какие вопросы мы должны себе задать, чтобы поближе подобраться к решению проблемы?
Молодцы! Давайте на них ответим.
6.Решение задач
Для решения проблемы нам необходимы не только теоретические знания, но и умения их использовать на конкретных задачах, а такие умения можно получить только практическим путем. Решение задач.
Для того, чтобы заставить народ почитать и бояться богов, Египетские жрецы прибегали ко всяческим «чудесам». Перед вами одно из таких, как только на жертвеннике загорался огонь, двери храма, «внемля молитвам» жрецов, отворялись сами собой. Объясните физическую сторону происходящего.
Можно ли всё это устройство назвать тепловым двигателем? (Ответы учеников).
Задача на соотношения из материалов ЕГЭ.
Решение расчетных задач .
Первую задачу решите самостоятельно, выполнив самопроверку.
Вторую задачу решим на доске.
Учащиеся решают задачу совместно с работой одного ученика у доски.
Третья задача –качественная (переход к «экологическим проблемам»)
Для изучения экологических проблем, связанных с использованием тепловых двигателей каждый из вас участвовал и проводил свое маленькое исследование по заранее определенной проблеме. Давайте посмотрим, что из этого у нас вышло.
1-й слад. Анкетирование водителей . Савельева Инна.
Для анкетирования было составлено три ключевых по этой проблеме вопроса. В анкетирование вовлекали любого человека, управляющего автомобилем. Опрошено было 42 человека. И вот, что получилось:
На 1-й вопрос «да» - ответили 74% респондентов, на второй вопрос «да» ответили 50%, и только 1 человек из опрошенных принимает меры, ходит пешком. Вывод: водители о проблеме знают, но она их не беспокоит, меры не предпринимают.
2-й слайд. Данные о количестве автомобилей в п.Орловском. Беляева Д.
За ответом на этот вопрос мы обратились к инспекторам ГИБДД. Мы узнали, что количество регистрируемого автотранспорта ежегодно возрастает в среднем на 400-500 автомобилей, а наконец 2014 года автомобилей стало 14000. Если сравнить эту цифру с количеством жителей пос. Орловского то получается, что в каждой семье есть автомобиль, а в некоторых семьях автомобили у каждого члена семьи.
3-й слайд.
Данные о количестве пациентов пос.Орловского
с бронхо-лёгочными заболеваниями.
Эти данные нам любезно предоставили сотрудники МУЗ ЦРБ Орловского района. Из графика видно, что количество бронхо-лёгочных заболеваний растет. Конечно мы понимаем, что в эту категорию попадает достаточно большое количество заболеваний и наверняка не все они связаны с загрязнением воздуха, однако статистика –вещь упрямая.
4-й слайд . Уровень выбросов оксида углерода: Сахацкий А. и Дудин И.
(Измеряют с помощью датчик СО 2 SensorLab уровень содержания СО 2 в классе, на выдохе и в выхлопных газах. На проекторе на графике демонстрируется результат.)
Дополняют своё выступление: Газоанализатор – это прибор, который осуществляет газовый анализ. Такой прибор нам удалось найти в АТП, для самостоятельных измерений нам его не дали, а вот имеющимися данными поделились.
Учитель . (дополняет) 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. И вы, как молодое поколение, вступая в трудовую жизнь должны иметь четкое представление о том, что природные ресурсы не бесконечны и технология любой продукции должна удовлетворять такому основному, с экологической точки зрения, требованию, как минимальное потребление материалов и энергии. И еще, ребята, помните, какие бы проекты вам в последствии не пришлось выполнять, создание машин и механизмов, при всяком хозяйственном начинании должно быть твердое убеждение в том, что без уверенности в безвредности для окружающей среды того или иного мероприятия оно не должно реализоваться.
5-й слайд. Выводы. Формулируют учащиеся.
Учитель. В свете всех проблем, о которых вы только, что рассказали, теперь будем все ходить пешком? (Рассуждение ребят)
Каковы пути решения этой вселенской проблемы?
Проблема эта существует давно, давно говорят как раз об этом, почему до сих пор не приняты меры?
А что можете сделать вы уже сейчас, не дожидаясь далёкого будущего?
9.Решение проблемного вопроса.
Шкабар М. у доски.
10. Подведение итогов. Что узнали нового на уроке?
Что было интересным?
Что было неожиданным?
Выставление оценок.
11. Домашнее задание.
Повторить §77-84;
Использованные ресурсы:
Картинки с images.yandex.ru
Просмотр содержимого презентации
«Тепловые двигатели»
Температуру холодильника тепловой машины увеличили , оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты , полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилась . Как изменилось при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличилась; 2) уменьшилась; 3) не изменилась
КПД тепловой машины
Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл
Работа газа за цикл
Тепловая машина получает за 15 с своей работы от нагревателя 50 кДж теплоты. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику составляет 1000 Вт. Каков КПД тепловой машины?
Ответ: 30%
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?
Ответ: 12кДж
Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД;
На окружающей среде?
Данные о количестве автомобилей в п.Орловском
Численность населения пос. Орловского – 20 тыс. человек
Данные о количестве пациентов пос.Орловского с бронхо-лёгочными заболеваниями
Марка автомобиля
легковой
ДЭУ Нексия
Тип двигателя
легковой
КАМАЗ- 55111
карбюраторный
Валовый выброс (т / год)
грузовой
инжекторный
грузовой
дизельный
карбюраторный
дизельный
Оксид углерода быстрее кислорода связывается с гемоглобином крови, кровь перестает переносить кислород в организме, возникает кислородное голодание. При этом может быть:
головокружение, одышка, головная боль,
потеря сознания.
- Из диаграммы виден стремительный рост автомобилей за последние годы;
- Возрастает количество выбросов оксида углерода и диоксида углерода;
- Возрастает число больных бронхо-легочными заболеваниями;
- Поиск заменителей бензина
и дизельного топлива;
- Реконструкция двигателя;
- Контроль за состоянием автомобиля, регулировка двигателя;
- Правильное вождение;
- Водородные технологии – шаг в будущее;
- Использование электромобилей;
- Использование
альтернативных
видов энергии.
1. Пусть температура нашего тела - Т₁ , коэффициент полезного действия человеческого тела примерно ŋ =30%. Найдем Т₂.
Т₂=217 К, t =-56°С
2. Пусть температура нашего тела - Т₂, коэффициент полезного действия человеческого тела примерно ŋ =30%. Найдем Т₁.
Т₁=453К, t =170°С
«Могущество страны не только в одном материальном богатстве, но и в духе народа.
Чем шире, свободнее эта душа, тем большего величия и силы достигает государство.
А что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа!
Её надо беречь, как мы бережём самую жизнь человека.
Потомки никогда не простят нам опустошения земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им.»
П.И.Чайковский
Один моль аргона, находящиеся в цилиндре при температуре Т₁=600 К и давлении р₁=4·10⁵ Па, расширяется и одновременно охлаждается так, что его давление при расширении обратно пропорционально квадрату объема. Конечный объем газа вдвое больше начального. Какое количество теплоты газ отдал при расширении, если при этом он совершил работу А=2493 Дж
- Q = Δ U +А ΄ по Первому закон термодинамики; Δ U =3 / 2 ν R (T₂ - T₁).
- Из условия задачи: Р₁~1 /V₁² Р₂~1 /V₂²=1/4V₁²=p₁/4
- Из уравнения состояния идеального газа для двух случаев:
P₁V₁= ν RT₁ ; P₂V₂= ν RT₂ . Разделим уравнений друг на друга и выразим Т₂
4)Найдем Δ U ; 5) Рассчитаем Q = Δ U +А ΄ .
М=40·10¯³кг / моль
р₁=4·10⁵ Па
Q = -1246 Дж
- Что узнали нового на уроке?
- Что было интересным?
- Что было неожиданным?
- Ваше настроение в конце урока(хорошее, бодрое, приподнятое, угнетенное, подавленное).
- Повторить §77-84;
- Подготовить выступления о ТЭС, ГЭС, АЭС, АИЭ или об альтернативных видах производства энергии;
- Подготовить выступление о водородных технологиях для автомобильных двигателей.
- http://iralebedeva.ru/physic16.html
- http://www.fipi.ru/content/otkrytyy-bank-zadaniy-ege
- http://www.afizika.ru/teplovieyavleniya/116-kakustraivalischudesa
- http://www.publicecology.ru/publojs-113-1.html
- Картинки с images.yandex.ru
Cлайд 1
Cлайд 2
План: Что такое тепловой двигатель; История создания теплового двигателя; Современные виды тепловых двигателей; Экологические проблемы; Решение экологических проблем.
Cлайд 3
Тепловым двигателем называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.
Cлайд 4
История появления тепловых двигателей уходит в далекое прошлое. Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были надены спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи.
Cлайд 5
Cлайд 6
Виды современных тепловых двигателей: Двигатели внутреннего сгорания (ДВС); Газотурбинные; Ракетные; Ядерные.
Cлайд 7
Двигатель внутреннего сгорания Двигатель внутреннего сгорания - тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу. По сравнению с паромашинной установкой двигатель внутреннего сгорания: принципиально проще. Нет парокотельного агрегата. компактнее легче экономичнее требует жидкое топливо лучшего качества.
Cлайд 8
РАЗЛИЧАЮТ ДВС: Бензиновые Бензиновые карбюраторные; Бензиновые инжекторные; Дизельные, с воспламенением от сжатия; Газовые; Газодизельные; Роторно-поршневой; Комбинированный двигатель внутреннего сгорания. По способу осуществления рабочего цикла: четырехтактные двухтактные По числу цилиндров: одноцилиндровые двухцилиндровые многоцилиндровые
Cлайд 9
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Газотурбинный двигатель (ГТД) - тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс ГТД может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объёме. Газовые турбины используются в кораблях, локомотивах и танках. Множество экспериментов проводилось с автомобилями, оснащенными газовыми турбинами.
Cлайд 10
Ракетный двигатель Ракетный двигатель (РД) - реактивный двигатель, использующий для своей работы только вещества и источники энергии, имеющиеся в запасе на перемещающемся аппарате (летательном, наземном, подводном). Т. о., в отличие от воздушно-реактивных двигателей, для работы РД не требуется окружающая среда (воздух, вода).
Cлайд 11
Ядерный двигатель Ядерный двигатель использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Традиционный ЯД в целом представляет собой конструкцию из ядерного реактора и собственно двигателя. Рабочее тело (чаще - аммиак или водород) подаётся из бака в активную зону реактора где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.
Cлайд 12
Экологическая обстановка Загрязнения от тепловых двигателей: Химическое. Радиоактивное. Тепловое. КПД тепловых двигателей
Cлайд 13
Влияние на человека и окружающую среду Вибрации, резонансные колебания негативно влияют на внутренние органы и психику; Угарный газ, наличие смертельных исходов; Загрязнение воды, рек, озер при мытье и со стоком; Низкий КПД из-за потерь тепла, усиливает парниковый эффект; Негативно влияют на растительный и животный мир, вызывая мутации, губят грибы, ягоды, коллективные сады; Продукты жизнедеятельности двигателей делают почву нежизнеспособной; Выхлопы вызывают раковые заболевания; Выхлопы способствуют токсикомании, ведущей к деградации; Истощение природных ресурсов, их сжигание вместо тонкой переработки.
Cлайд 14
Cлайд 15
Электромобили Электромобиль - автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов и трамваев.
Cлайд 16
Достоинства электромобиля Отсутствие вредных выхлопов; Более высокая экологичность; Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег, дешевизна; Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии; Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии; отсутствие необходимости в переключении передач); Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5-10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства; Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время; Меньший шум; Возможность торможения самим электродвигателем без использования механических тормозов - отсутствие трения и соответственно износа тормозов; Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет легко реализовать систему поворота всех четырех колес, вплоть до положения перпендикулярного кузову электромобиля.
Cлайд 17
Недостатки электромобиля Имеющиеся высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов, либо работают при слишком высоких температурах; При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии; Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты и кислоты; Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей; Для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции); При массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей; Длительное время зарядки аккумуляторов; Малый пробег от одного заряда; Ухудшение характеристик батарей на холоде.
Cлайд 18
Меры предотвращения загрязнений Снижение вредных выбросов. Контроль за выхлопными газами, модификация фильтров. Сравнение эффективности и экологической безвредности различных видов топлива, перевод транспорта на газовое и топливо. Перспективы использования электрических двигателей, транспорта на солнечных батареях; совершенствование конструкций; шумозащитные полосы; модификации с взаимозаменяемыми деталями; под контроль - утилизацию отслуживших деталей и веществ; совершенствование экологического права.
Описание презентации ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ МАШИН. по слайдам
Охрана природы – важная задача, ведь продвижение цивилизованного мира вперед. опасностей одно из первых мест занимают экологические проблемы, связанные с применением тепловых машин.
Что для нас теплодвигатели? Двигатели, приводящие в движение машины, самолеты, ракеты и т. д
И в чем же их экологическая проблема? Экологическая проблема использования тепловых машин состоит в том, что выбросы тепловой энергии неизбежно ведут к нагреванию окружающих предметов, в том числе атмосферы.
Экологическая проблема использования тепловых машин Во-первых, при сжигании угля и нефти в атмосферу выделяются азотные и серные соединения, губительные для человека. Во-вторых, в процессах используется атмосферный кислород, содержание которого в воздухе из-за этого падает Повышение температуры планеты Возникновение «парникового эффекта»
Пути решения усовершенствование тепловых двигателей и повышение их КПД использование других видов топлива использования нетрадиционных источников энергии экономия энергии
Введение В своей жизни вы постоянно встречаетесь с разнообразными двигателями. Они приводят в движение автомобили и самолеты, трактора, корабли и железнодорожные локомотивы. Электрический ток вырабатывается преимущественно с помощью тепловых машин. Именно появление и развитие тепловых машин создало возможность для быстрого развития промышленности в XVIIIXX вв.
Энергетические ресурсы Работа тепловых машин связана с использованием ископаемого топлива. Современное мировое сообщество использует энергетические ресурсы в громадных масштабах. Например, за 1979 г. энергопотребление составило примерно кДж. Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к повышению внутренней энергии окружающих тел и в конечном счете атмосферы. Казалось бы, что выработка кДж энергии в год, отнесенная к площади освоенной человеком суши (8,5 млрд га), даст ничтожную величину 0,11 Вт/м2 по сравнению с поступлением лучистой энергии Солнца на земную поверхность: 1,36 кВт/м2.
Температура при повышении ежегодного использования первичных энергоресурсов всего в 100 раз средняя температура на Земле повысится примерно на 1°С. Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, к изменению природных комплексов, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы роста энергопотребления увеличиваются, и сейчас создалось такое положение, что до увеличения температуры атмосферы потребуется всего несколько десятков лет.
Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, например сернистые соединения (при сгорании каменного угля), оксиды азота, углеводороды, оксид углерода (угарный газ СО), хлор и т. д. Эти вещества попадают в атмосферу, а из нее в различные части ландшафта. Экология
Атомные электростанции Из-за большого энергопотребления в ряде регионов планеты возможность самоочищения их воздушных бассейнов оказалась уже исчерпанной. Необходимость значительно снизить выброс загрязняющих веществ привела к использованию новых видов топлива, в частности к строительству атомных электростанций (АЭС). Но на атомных электростанциях встают другие проблемы: захоронение опасных радиоактивных отходов, а также проблема безопасности. Это показала катастрофа на Чернобыльской АЭС. При решении экологических проблем, связанных с использованием тепловых машин, важнейшую роль должны играть постоянная экономия всех видов энергии, переход на энергосберегающие технологии.
