4. Закрепление 5 мин

5. Задание на дом 2 – 3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Тепловой двигатель.

2. Двигатели внутреннего сгорания.

Задачи:

1. Тепловая машина работает по циклу, состоящему из изохоры 1-2, изобары 2-3 и участка 3-1 прямо пропорциональной зависимости давления от объема. Найдите КПД цикла, если объем на изобаре изменяется в 2 раза. Рабочее вещество – идеальный одноатомный газ.

2. Тепловая машина имеет КПД 40%, Каким станет КПД машины, если коли­чество теплоты, потребляемое за цикл, увеличится на 20%, а количество теплоты, отдаваемое холодильнику, уменьшится на 10%?

3. Найти расход топлива на 100 км пробега автомобиля, если мощность его мотора при скорости 72 км/ч равна 50 кВт, а КПД равен 20%. Теплотворная способность бензина 45 МДж/кг.

4. Поезд массой М идет по горизонтальному пути со скоростью υ. Тепловоз при этом за время τ сжигает топливо массой m. КПД двигателя равен η. Какую скорость разовьет поезд при тех же условиях и с той же силой сопротивления на пути с уклоном вверх α. Удельная теплота сгорания топлива q.

Вопросы:

1. Какую качественную и количественную информацию вы можете получить из РV-диаграммы цикла теплового двигателя?

2. Что является нагревателем, а что холодильником в ракетном двига­теле?

3. Можно ли поршневой двигатель превратить в компрессор, а турбину – в генератор?

4. Ч то является нагревателем и что холодильником у «солнечного паруса», который перемещается в космическом пространстве под действием солнечного ветра?

5. Почему невозможен циклический процесс, изображенный на рисунке?

Кпд цикла Карно

III.

П рямой цикл Карно.

. Пути повышения КПД тепловых двигателей: a) T_t = 600 К, Т₂ = 300 К, η = 50%; б) T₁= 1000 К, Т₂= 300 К, η = 70%; в) Т₁ = 600 К, Т₂ = 0 К, η = 100%.

Машина Карно в качестве холодильной машины:

Q A ΔU

1 – 4 + – 0

4 – 3 0 + +

3 – 2 – + 0

2 – 1 0 – –

За цикл – + 0

Q₁ = А + Q₂

Можно ли, открыв дверцу домашнего холодильника, понизить температуру воздуха в комнате?

Тепловой насос – устройство, предназначенное для перекачки теплоты от холодного тела к горячему телу.

Третий закон термодинамики – как невозможность достижения абсолютного нуля температуры:

На столе у Нернста стояла пробирка с органическим соединением дифенилметаном, температура плавления которого 26⁰С. Если в 11 утра препарат таял, Нернст вздыхал: «Против природы не попрешь», и уводил студентов заниматься греблей и плаванием.

IV. Вопросы:

1. Почему в цикле Дизеля адиабатное сжатие можно произво­дить до более высоких давлений и температур, чем в цикле Отто? Почему при этом возрастает КПД двигателя?

2. Достигнет ли КПД тепловых машин 100%, если трение в их частях удастся свести к нулю?

3. Обсудите и перечислите факторы, которые не позволяют реальным тепловым двигателям достигать максимального КПД.

4. Как вы бы записали формулу для КПД теплового насоса?

5. Не нарушает ли работа холодильной машины законы термодинамики?

6. Зимой в комнате может быть на 40 – 50⁰С теплее, чем на улице. Можно ли использовать эту ситуацию для получения полезной работы?

Задачи:

1. В топке котла паровой машины расходуется 0,35 кг дизельного топлива на. 1 кВт∙ч энергии. Температура поступающего в турбину пара 250⁰С, а температура холодильника 30⁰С. Вычислить фактический КПД турбины и сравнить его с КПД идеальной тепловой машины, работающей на тех же условиях.

2. Температура нагревателя идеальной тепловой машины 400 К, темпера­тура холодильника 300 К, количество, теплоты, получаемое от нагревателя за цикл, 400 Дж, число циклов в секунду 2. С какой скоростью будет перемещаться по горизонтальной дороге тележка, приводимая в движение такой машиной, если сила сопротивления 100 Н? Скорость тележки считать постоянной.

3. В холодильник, потребляющий мощность 200 Вт, поместили 2 кг воды при температуре 20 ⁰С. Через 30 мин вся вода превратилась в лед. Какое количество теплоты выделилось при этом в комнате?

V.

§§ 29,30

1. Подготовить пятиминутное сообщение о жизни и научной деятельности С. Карно.

2. Предложить конструкцию и изобразить на рисунке PV - диаграмму двухтактного двигателя Дизеля. Почему у этого двигателя КПД выше, чем у четырехтактного двигателя?

3. Предложите конструкцию “генератора холода”.

4. В неотапливаемом помещении работает холодильник с терморегулятором. В момент подключения холодильника к сети температура на улице, в помещении и холодильнике была одна и та же. Считая температуру на улице постоянной, изобразите приближенно на графиках, как менялась температура в помещении после подключения холодильника.

"Не смотря на все насмешки, стремление созда­вать теоретическое воззрение

на вещи внешнего мира было непреодолимо в груди человека;

из этого стремления непрестанно рождались все новые цветы".

Л. Больцман

Урок 10. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

ЦЕЛЬ УРОКА: Научить учеников рассчитывать КПД теплового двигателя.

ТИП УРОКА: Решение задач.

ОБОРУДОВАНИЕ: Микрокалькулятор.

ПЛАН УРОКА:

1. Вступительная часть 1 – 2 мин

2. Опрос 20 мин

3. Решение задач 20 мин

4. Задание на дом 2 – 3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Прямая машина Карно.

2. Холодильная машина Карно.

3. Третий закон термодинамики.

Задачи:

1. При увеличении температуры нагревателя на ΔТ Кельвин или при уменьшении температуры холодильника на ΔТ Кельвин следует ожидать большего повышения КПД тепловой машины?

2. С помощью электрической плитки мощностью 1 кВт в комнате поддерживается температура 17⁰С при температуре наружного воздуха – 23⁰С. Какая мощность потребовалась бы для поддержания в комнате той же температуры с помощью идеальной тепловой машины?

3. В жаркую погоду в помещении включили кондиционер. Скорость передачи тепла между улицей и помещением пропорциональна разности температур, где К = 11,8 кВт/К. Кондиционер работает по циклу Карно. Какую мощность потребляет кондиционер от сети, если температура на улице 27⁰С, а в помещении 22⁰С?

4. На берегу реки расположена тепловая станция. Произведенный пар подается в турбины при температуре 250⁰С, а израсходованная вода сливается в реку при температуре 20⁰С. При какой температуре забирается вода выше станции по течению реки, если мощность станции 1000 МВт, а расход речной воды 40 м³/с? Для удобства оценки считайте, что тепловая станция работает по обратимому циклу Карно.

5. Летом при температуре в помещении 27⁰С промышленный морозильник при работе на полную мощность поддерживал температуру в камере – 23⁰С. Зимой температура в помещении упала до 7⁰С. Из-за отказа реле агрегат вновь заработал на полную мощность. Какой при этом стала температура в камере?

III. Вопросы:

1. Каковы причины того, что абсолютный нуль температуры недостижим?

2. Покажите, что тепловой насос может служить в качестве обогревате­ля зимой и в качестве кондиционера - летом.

3. Как доказать, что абсолютный нуль температуры недостижим?

4. Можно ли охладить комнату в жаркий день, оставив открытой двер­цу холодильника?

5. Температура атмосферного воздуха, играющего для автомобильного двигателя роль холодильника, зимой заметно ниже, чем летом. Ведет ли это к увеличению КПД двигателя зимой?

Задачи:

1. Кондиционер, работая в режиме нагревателя, закачивает в помещение 3 кВт тепла. Определите минимально возможный расход электроэнергии, если температура в помещении 20 ⁰С, а на улице – 10 ⁰С.

2. Известно, что компрессор домашнего холодильника периодически включается и выключается. Оцените соотношение времён работы и паузы компрессора, если известно, что его мощность около 100 Вт, через стенки холодильника за час проходит количество теплоты, равное 1 МДж, температура в помещении, где стоит холодильник, 20⁰С, температура внутри холодильника 3⁰С.

3. С одним молем идеального одноатомного газа проводят цикл. На участ­ке 1-2 объем газа увеличивается в 2 раза. Процесс 2-3 – адиабатное расширение, процесс 3-1 – изотермическое сжатие при температуре 300 К. Найти рабо­ту, совершаемую газом на участке 2-3.

VI. Конспект.

"Воображение важнее, чем знания, и применяя одну только логику, выдвинуть новую научную идею невозможно".

Альберт Эйнштейн

Урок 11. ОБ0ЩАЮЩИЙ УРОК ПО ТЕРМОДИНАМИКЕ

ЦЕЛЬ УРОКА: Систематизировать и обобщить знания учащихся по термоди­намике.

ТИП УРОКА: Повторительный.

ОБОРУДОВАНИЕ: Обобщающая таблица “Термодинамика”, зачетные папки по термодинамике.

ПЛАН УРОКА: