Тепловой двигатель. КПД
Литература

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Учебник. М.: Просвещение, 2001.

Цели урока

Изучить работу идеального двигателя, рассмотреть цикл Карно на качественном и количественном уровне.

Новый материал на данном уроке изучается в ходе одновременной работы учащихся с компьютерной моделью. Ответы на вопросы рабочего листа учащиеся должны получить, используя возможности данной модели.

 

№ п/п Этапы урока Время, мин Приемы и методы
1 Организационный момент 2
2 Повторение изученного материала по теме «Принципы действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей» 10 Фронтальная беседа
3 Изучение нового материала с помощью компьютерной модели «Цикл Карно» 30 Работа с рабочим листом и моделью
4 Объяснение домашнего задания 3

 

Домашнее задание: § 84, упр. 15 (15,16).

 

Модель 1. Цикл Карно

Рабочий лист к уроку

Примерные ответы
Модель «Цикл Карно»

ФИО, класс ___________________________________________________________.

1.

Что называется тепловым двигателем?

Ответ: тепловым двигателем называют устройство, превращающее внутреннюю энергию топлива в механическую.

2.

Какие процессы осуществляются при работе данного двигателя (последовательно)?

Ответ:

Красный такт – изотермическое расширение.

Черный такт – адиабатное расширение.

Синий такт – изотермическое сжатие.

Черный такт – адиабатное сжатие.

3.

Что происходит с количеством теплоты при:

красном такте,

черных тактах,

синем такте (для этого пошагово пройдите весь цикл)?

Ответ:

При красном такте тело получает количество теплоты.

При черных тактах количество теплоты равно 0.

При синем такте тело отдает количество теплоты.

4.

Определите коэффициент сжатия газа (отношение максимального объема газа к минимальному) для цикла Карно реализованного в компьютерном эксперименте.

Ответ: коэффициент сжатия равен 4.

5.

Уменьшите температуру холодильника до минимума. Чему равен КПД при этих условиях?

Ответ: 46 %.

6.

Создайте условия, при которых КПД будет максимальным, запишите при каких параметрах это возможно получить. Чему равен максимальный КПД?

Ответ: при T1 = 600 К, T2 = 270 К. Максимальный КПД = 55 %.

7.

Создайте условия, при которых КПД будет минимальным, запишите при каких параметрах это возможно получить. Чему равен минимальный КПД?

Ответ: при T1 = 400 К, T2 = 350 К. Минимальный КПД = 15 %.

8.

Не меняя температуру холодильника, увеличивайте температуру нагревателя, наблюдая при этом за изменением графика. Как изменяется график зависимости давления от объема?

Ответ: увеличивается максимально допустимое давление в системе, увеличивается площадь, ограниченная графиком.

9.

Как по графику можно определить величину полезной работы газа?

Ответ: по площади, ограниченной графиком.

10.

Как можно сравнить полезную работу газа при разных температурах?

Ответ: сравнивая площади, ограниченные соответствующими графиками.

11.

Осуществите эксперимент, при котором площадь, ограниченная графиком будет минимальной, запишите при каких параметрах это возможно получить. Что можно сказать о величине полезной работы газа при данных условиях?

Ответ: при T1 = 400 К, T2 = 350 К. Величина полезной работы газа – минимальна.

12.

Какой должна быть температура холодильника для достижения 100 % КПД тепловой машины?

Ответ: температура холодильника должна равняться 0 К.

13.

Что можно сказать о КПД реальных тепловых двигателей в сравнении с идеальными? Как можно увеличить КПД реальных машин?

Ответ: КПД реальных тепловых машин всегда меньше КПД идеальной машины Карно, т. к. в реальных машинах часть энергии уходит в тепловую при механическом трении частей, происходят потери топлива вследствие неполного сгорания и т.п. Увеличить КПД реальных машин можно за счет увеличения температуры нагревателя, уменьшения температуры охлаждающей системы, снижения потерь на трение, достижения более полного сгорания топлива.