Тепловые машины
В данной работе мы рассмотрели тему «Принципы действия тепловых двигателей. Коэффициент полезеного действия (КПД) тепловых двигателей» из раздела физики «Термодинамика» по учебнику: «Физика 10класс». Авторы Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский - М.: Просвещение 2002. Данная тема имеет ярко выраженную политехническую направленность, которая позволяет учителю тесно связать многие теоретические вопросы с их практическим применением в жизни. Основной задачей при изучении данной темы является расширение представлений учащихся о превращении энергии молекул в механическую энергию тела и механической энергии во внутреннюю в соответствии с законом сохранения и превращения энергии. Таким образом, первая часть задачи состоит в изучении физических основ работы тепловых машин. Вторая часть задачи охватывает изучение конструктивных особенностей тепловых машин.
Тепловая машина — устройство, превращающее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Первыми тепловыми машинами были паровые двигатели, замкнутый термодинамический цикл которых впервые был описан в 1690 году Дени Папином (1647-1712).
Тепловые машины или тепловые двигатели предназначены для получения полезной работы за счет теплоты, выделяемой вследствие химических реакций (сгорание топлива), ядерных превращений или по другим причинам (например, вследствие нагрева солнечными лучами). Процесс преобразования внутренней энергии газа, пара в механическую энергию может быть осуществлен с помощью различных двигателей: двигатель внутреннего сгорания, турбореактивный, ракетный и других. Для функционирования тепловой машины обязательно необходимы следующие составляющие: нагреватель, холодильник и рабочее тело. При этом, если необходимость в наличии нагревателя и рабочего тела обычно не вызывает сомнений, то холодильник как составная часть тепловой машины в её конструкции зачастую отсутствует. В качестве холодильника выступает окружающая среда. Принцип действия тепловых машин заключается в следующем: нагреватель передает рабочему телу теплоту, вызывая повышение его температуры. Рабочее тело совершает работу над каким-либо механическим устройством, и далее отдает холодильнику теплоту, возвращаясь в исходное состояние. Величина представляет собой количество теплоты, передаваемое холодильником рабочему телу, и имеет отрицательное значение.
Отметим, что наличие холодильника и передача ему части полученной от нагревателя теплоты, является обязательным, так как иначе работа тепловой машины невозможна. Важной характеристикой при оценке экономичности тепловых двигателей является КПД. При объяснении устройства и принципа работы тепловой машины следует использовать демонстраций, с помощью которых можно показать учащимся, что расширение рабочего тела — самый важный процесс в работе любого теплового двигателя. Опыт может быть проведен на установке, которая рассматривается в данной курсовой работе. Используя эту модель работы тепловых машин, учитель рассказывает о принципе работы тепловой машины и обращает внимание учащихся на наличие в тепловой машине рабочего тела, нагревателя, холодильника. При объяснении устройства и принципа работы тепловой машины следует также использовать плакаты, кинофильмы и зарисовки на доске.
