Самостоятельная работа по физике кпд теплового двигателя 8 класс

Введение в принцип работы паровой турбины

Сегодня мы познакомимся с устройством паровой турбины и научимся вычислять коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины.

На прошлом занятии мы рассматривали устройство, особенности и принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания является видом теплового двигателя, который получил основное применение на транспорте. Другим важным видом теплового двигателя является паровая турбина. Преимуществом паровой турбины над двигателем внутреннего сгорания является то, что в ней нет цилиндров, шатуна, коленчатого вала, а вся работа совершается паром непосредственно при движении вала, на котором укреплены лопатки турбины. Таким образом, в паровой турбине меньше узлов, в которых могут происходить потери полезной работы.

На прошлом уроке мы познакомились с изобретением древнего ученого Герона Александрийского (рис. 1), которое называется Эолипил (рис. 2). Принцип работы устройства, которое скорее было игрушкой, нежели полезным рабочим прибором, основывался на вращении сферического элемента, из которого выходил горячий пар, образованный разогретой водой. Это примитивное устройство уже можно считать первым прообразом паровой турбины.

Рис. 1. Герон Александрийский. (Источник)

Рис. 2. Эолипил. (Источник)

Устройство тепловой машины

Рассмотрим принципиальное устройство любого теплового двигателя (машины): он состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника. Под термином «холодильник» подразумевается окружающая среда, которая забирает остатки тепла у тепловой машины, а не сам бытовой прибор под одноименным названием. Нагреватель – это элемент, передающий тепло, например, сгораемое топливо. В результате сгорания топлива образуется рабочее тело, в любом тепловом двигателе в качестве рабочего тела выступает газ, например, пар, как в случае с паровой турбиной. Именно в нагретом состоянии газ и совершает работу, а остаток тепла передается холодильнику.

Задача

Условие: с помощью неподвижного блока груз массой m = 100 кг, подняли на высоту h = 5 м. Необходимо посчитать затраченную работу , если КПД этой установки = 70% (Рис. 4).

Рис. 4. Работа силы тяжести при поднятии груза

Решение

В формулу расчета КПД запишем известные нам данные и преобразуем, разделив левую и правую часть на 100%.

Из этого выражения получим .

Чтобы рассчитать полезную работу, необходимо выяснить, что полезного совершалось в данной задаче. Груз массой 100 кг поднимали на высоту 5 м.

– ускорение свободного падения

Объединяем все полученные формулы вместе: .

Проверка единиц измерения: .

Ответ: приблизительное значение работы составляет 7143 Дж.

История развития и современные проблемы производства тепловых двигателей

Первые тепловые двигатели имели очень низкий КПД, например, первый паровоз (рис. 6), который был создан в начале XIX века, имел коэффициент полезного действия около 3%, а последние паровозы (рис. 7), которые ходили по железным дорогам в прошлом веке, имели КПД повыше – около 7–9%.

Рис. 6. Первый паровоз. (Источник)

Рис. 7. Один из последних паровозов. (Источник)

Тем не менее, даже при таких низких значениях КПД данные транспортные средства очень активно эксплуатировались, т. к. более совершенных агрегатов на то время попросту не было. На сегодняшний день КПД тепловых двигателей, конечно, гораздо выше, например, дизельный двигатель (рис. 8) может иметь КПД до 40%, что является очень неплохим показателем. Паровая турбина (рис. 9) может достигать еще более оптимального значения КПД в 60%, на сегодняшний день это наилучший показатель среди всех видов тепловых двигателей.

Рис. 8. Дизельный двигатель

Рис. 9. Современная паровая турбина. (Источник)

В конце занятия следует отметить очень важную тенденцию в развитии современного двигателестроения. Как мы видели, основные принципы работы тепловых двигателей уже давно открыты и получены эффективные технологии их изготовления, но возникает проблема экологичности их использования. Поскольку все тепловые двигатели потребляют топливо, то от них неизбежно возникают вредные выбросы в окружающую среду. Так вот одной из основных задач науки и техники в этой области является минимизация нанесения вреда окружающему нас миру от продуктов деятельности подобных устройств.

Тепловые двигатели на сегодняшний день уже являются объектами прошлого, и на первый план выходят двигатели иного принципа работы, о них мы поговорим в будущем.

На следующем уроке мы займемся решением задач по теме «КПД».

Список литературы

  1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Кафедра теоретической физики (Источник).
  2. Классная физика (Источник).
  3. YouTube (Источник).

Домашнее задание

  1. Стр. 56: вопросы № 1–3; стр. 57: вопросы № 1–4, задание № 5. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Каков КПД теплового двигателя, который совершил полезную работу 70 кДж, если при полном сгорании топлива выделилась бы энергия 200 кДж?
  3. При сгорании топлива в тепловом двигателе выделилось количество теплоты 200 кДж, а холодильнику передано количество теплоты 120 кДж. Каков КПД теплового двигателя?
  4. Автомобиль прошел 100 км со средней скоростью 40 км/ч. При этом он израсходовал 8 л бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля, если его КПД 30%?

Электрические явления

  • Взаимодействие заряженных телТест
  • Делимость электрического зарядаТест
  • Единица измерения напряженияТест
  • Единица измерения напряженияТест
  • Единица силы токаТест
  • Зависимость силы тока от напряженияТест
  • Закон Джоуля-ЛенцаТест
  • Закон Ома для неоднородного участка цепиТест
  • Закон Ома для однородного участка цепиТест
  • Закон Ома для участка цепиТест
  • Измерение силы токаТест
  • Мощность электрического токаТест
  • Нагревание проводников электрическим токомТест
  • Направление электрического токаТест
  • Напряжение на участке электрической цепиТест
  • Напряжение электрического токаТест
  • Непроводники электричестваТест
  • Параллельное соединение проводниковТест
  • Последовательное и параллельное соединение проводниковТест
  • Последовательное соединение проводниковТест
  • Расчет сопротивления проводникаТест
  • Удельное сопротивлениеТест
  • Удельное сопротивление медиТест
  • Удельное сопротивление металловТест
  • Удельное сопротивление проводникаТест
  • Удельное электрическое сопротивлениеТест
  • Электрическая цепь и ее составные частиТест
  • Электрический ток в металлахТест
  • Электрический ток и его источникиТест
  • Электрическое напряжениеТест
  • Электрическое сопротивление проводникаТест
  • ЭлектроскопТест

Блог — Физика 8

СТРАНИЦА КЛУБА МАТЕРИАЛЫ БЛОГ ЧАТ УЧАСТНИКИ ПРО КЛУБ
Вы здесь:  Главная
/ Физика 8
Блог
Физика 8 класс А.В.Перышкин
ЗАПИСЬ #1 В ЗАКЛАДКИ

24 июля 2014, 05:28, автор — администраторВладимир Николаевич Русаков

Тепловое движение. Температура.Внутренняя энергия. Теплопередачаwww.proshkolu.ru/club/physics8kl/blog/484417/Теплопроводность. Конвекция. Излучение.Количество теплоты.
Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.www.proshkolu.ru/club/physics8/blog/157859/www.proshkolu.ru/club/physics8/blog/158078/
Лабораторная работа № 1. Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры.
Лабораторная работа № 2. Измерение удельной теплоемкости твердого тела.Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива.Решение задач (В)Практическая работа
Закон превращения и сохранения энергии в механических и тепловых процессах.
Агрегатные состояния вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел.
График плавления и отвердевания кристаллических тел. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар. Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха.Кипение.Удельная теплота парообразования и конденсации.
Работа газа и пара при расширении.
Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина.
КПД теплового двигателя.
Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел. Два рода зарядов.www.proshkolu.ru/user/labolga/folder/524875/
Электроскоп. Проводники и непроводники электричества. Электрическое поле.
Делимость электрического заряда. Электрон.
Строение атомов. Объяснение электрических явлений.www.proshkolu.ru/user/labolga/folder/524875/Электрический ток. Источники электрического тока.
Электрическая цепь и ее составные части.
Электрический ток в металлах.
Действие электрического тока. Направление электрического тока.Сила тока
Лабораторная работа № 3 « Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ее различных участках».Напряжение
Вольтметр. Измерение напряжения. Зависимость силы тока от напряжения.
Лабораторная работа № 4 « Измерение напряжения на различных участках электрической цепи».СопротивлениеЗакон Ома
Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление.
Примеры на расчет сопротивления проводника.
Реостаты. Лабораторная работа № 5 « Регулирование силы тока реостатом».
Последовательное и параллельное соединение проводников.
Смешанное соединение проводников.
Лабораторная работа № 6 « Измерение сопротивления проводника при помощи амперметра и вольтметра».Работа и мощность электрического тока
Лабораторная работа № 7 «Измерение мощности и работы тока в электрической лампе».
Единицы работы электрического тока, применяемые на практике.
Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы.
Короткое замыкание. Предохранители.
Лабораторная работа № 8 « Измерение коэффициента полезного действия установки с электрическим нагревателем».
Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии.
Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение.
Лабораторная работа № 9 «Сборка электромагнита и испытание его действия»
Постоянные магниты. Магнитное поле Земли.
Действие магнитного поля на проводник с током.Электродвигатель.
Контрольная работа № 5.
Источники света. Распространение света.
Отражение света. Законы отражения света.
Плоское зеркало.
Преломление света.
Линзы. Оптическая сила линзы. Изображения, даваемые линзой.
Лабораторная работа № 10 « Получение изображения при помощи линзы».

Комментариев пока нетВыскажите Ваше мнение:Извините, только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарииЗарегистрироваться

Вакансии для учителей

Ссылка на основную публикацию