Опорний конспект учня для 10-го класу: «Теплові машини. Цикл теплових машин. Принцип дії теплових машин. Коефіцієнт корисної дії теплових машин»

Фізика

Для кого: 10 Клас

20.03.2020

2259

95

0

Опис документу:
Мета: сформувати знання про теплові та холодильні машині; пояснити принцип дії теплових машин; сформувати ключові та предметні компетентності. Конспект може бути використаний вчителем під час підготовки до уроку, або здобувачами освітнього процесу - для закріплення знань.
Перегляд
матеріалу
Отримати код

Опорний конспект учня 10-го класу (№31)

Тема уроку: «Теплові машини. Цикл теплових машин. Принцип дії теплових машин. Коефіцієнт корисної дії теплових машин»

Мета: сформувати знання про теплові та холодильні машині; пояснити принцип дії теплових машин; сформувати ключові та предметні компетентності.

Пригадуємо! Тепловий двигун

Це машина, що перетворює внутрішню енергію палива в механічну в два етапи.

Демонстрація: для актуалізації знань про теплові двигуни, перегляньте відеопрезентації з фізики за 8 клас, перейшовши за посиланням:

https://youtu.be/umyULieO1bA - принцип дії теплового двигуна;

https://youtu.be/oDTf_rxDsDc - моделі теплових двигунів.

Схематичне представлення принципу дії теплового двигуна

Пояснення

Для роботи теплового двигуна потрібні нагрівник, охолоджувач і робоче тіло (газ чи пара). У процесі роботи теплового двигуна робоче тіло забирає від нагрівника певну кількість теплоти Q1 і перетворює частину теплоти в механічну енергію, а не перетворену частину теплоти Q2 передає охолоджувачу. За законом перетворення і збереження енергії:

Q1 = А+ Q2 .

Робота теплового двигуна полягає у повторюванні циклів зміни стану робочого тіла.

Кожний цикл складається з:

  • отримання енергії від нагрівника;

  • робочого ходу – розширенні газу (пари) й перетворення частини отриманої ним енергії в механічну;

  • передаванні невикористаної частини енергії охолоджувачу.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) для будь-якої теплової машини

,

де Q1 кількість теплоти, отримана від нагрівника;

Q2 кількість теплоти, передана охолоджувачу.

ККД завжди менший за 100%, отже, перетворити на механічну роботу можна лише частину кількості теплоти, отриману від нагрівника.

Дізнаємося!

Від чого залежить ККД теплового двигуна?

Історична довідка

1824 р. французький фізик і математик Саді Карно розробив цикл, вивчення якого відіграло вирішальну роль у розвитку теорії теплових машин.

Він довів, що максимальний ККД має так звана «ідеальна машина», під час роботи якої немає контакту тіл із різною температурою.

Під час роботи такої машини виконується цикл Карно.

Карно довів, що максимально можливий ККД дорівнює:

,

де Т1 температура нагрівника;

Т2 температура охолоджувача.

ККД теплових двигунів становить 40-50%. У сучасних парових турбін ККД наближається до 65%.

Збільшити ККД можна, збільшуючи температуру нагрівника Т1 або зменшуючи температуру охолоджувача Т2.

Міркуємо!

Розгляньте ілюстрацію у підручнику (Засєкіна Т.М., фізика (рівень стандарту) 10 кл.) на ст. 165. Проаналізуйте процеси, що відбуваються з газом в циклі Карно.

а) ізотермічне розширення газу в циліндрі; A12=Q1,

б) адіабатне розширення A23=∆U, охолодження газу (Т1 знизиться до Т2),

в) ізотермічне стискання газу -A34=Q2,

г) адіабатне стискання -A41=∆U, нагрівання газу (Т2 зростає до Т1).

Холодильна машина

Холодильна машина – це пристрій, що служить для відводу теплоти від охолоджуваного тіла при температурі нижчій, ніж температура навколишнього середовища.

Приклади:

Холодильник передає тепло від холоднішого тіла (від заморожених продуктів) до теплішого тіла (повітря у приміщенні).

Щоб здійснити потік тепла в зворотному напрямі (від холодного до гарячого), доводиться стискати газ за високої температури, а при низькій температурі він розширюватиметься. Стискає газ в холодильних машинах компресор, який споживає енергію від електромережі.

Холодильной коефіцієнт становить:

Домашнє завдання: §26 читати, вивчити опорний конспект уроку. Розв’язати письмово №3 на ст. 167.

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу.