Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

П. ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ РОЛЬ ТЕПЛОВЫХ МАШИН.

Читайте также:
  1. III. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ РОЛЬ ТЕПЛОВЫХ МАШИН.
  2. Вращающиейся магн.поле асихрон.машин.
  3. Д сч. 75-1, К сч. 83 — положительная курсовая разница.
  4. Какими документами определяется территория для размещения производственных зданий и сооружений тепловых энергоустрановок
  5. Классификация пакетоформирующих машин.
  6. Необратимость тепловых процессов. Тепловые двигатели и их КПД.
  7. Положительная и отрицательная мотивация;
  8. Положительная курсовая разница, возникающая по валютным средствам, находящимся на валютных счетах, отражается проводкой;
  9. Положительная реакция на фрустрацию.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА»

(8 КЛАСС)

Цели конференции:

1. Провести анализ положительного и отрицательного действия тепловых машин на жизнь человека и окружающую среду.

2. Содействовать воспитанию экологического сознания.

Вопросы конференции:

1 Создание тепловых двигателей, общий принцип действия. (Эксперты-историки, 3 чел.)

2. Положительная роль тепловых машин. (Эксперты-физики, 2 чел.)

3. Отрицательная роль тепловых машин. (Эксперты-экологи, 2 чел.)

4. Какими транспортными средствами лучше всего пользо­ваться с экологической точки зрения в больших городах и почему? (Специалисты по решению экологических проблем, 4 чел.)

5. Как ваши знания по электричеству могут помочь в решении проблемы? (Специалисты по решению экологических проблем.)

6. Что можно сказать о местной экологической ситуации и что нужно сделать, чтобы сохранить нашу природу? (Специалисты по решению экологических проблем.)

Ход конференции.

В кабинете физики все эксперты сидят лицом к классу, на столе у каждого табличка: эксперт-историк, эксперт-физик, эксперт-эколог, эксперт-лаборант, экс­перт по решению экологических проблем. На ученических местах сидят специалисты по решению экологических проблем, остальные учащиеся - участники конференции.

Учитель физики. Слово «экология» вам знакомо: вы часто его слышите, встречаете в газетах, книгах. В переводе с греческого языка оно означает «наука о доме, жилище». Поэтому не случайно этим словом называют ныне науку об отношениях растительных и животных организмов, в том числе людей, с окружающей средой - тем домом, в котором живет человечество. Чтобы жить в нем без страха за свое будущее, за свое здоровье, радоваться красотам природы, нужно беречь этот дом, иначе вообще можно погибнуть. Человек - часть природы, и ее разрушение грозит ему множеством бед. У Земли много проблем, и одна из них - тепловые машины. Поэтому на конференции мы и остановимся на положительной и отрицательной роли тепловых машин в жизни человека, и попытаемся наметить выход из сложившейся экологической обстановки.

 

I. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

А началось все в XVII веке, когда простое предложение о замене пробирки поршнем позволило сделать вывод о возможности поставить пар на службу человеку.

Эксперты-историки кратко напомнят историю создания тепловых машин и сообщат об общем принципе их действия. Итак, выступление первого эксперта-историка.

 

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ ПЕРВОГО ЭКСПЕРТА-ИСТОРИКА

Я расскажу об истории создания тепловых машин. В XVII веке наблюдается развитие производств, требую­щих совершенствования техники. Был нужен такой источник энергии, который не был бы «привязан» к одному месту, как энергия падающей воды, не зависел бы от погоды, как энергия ветра. И такой вид энергии нашли - тепло, а именно энергия во­дяного пара. Французский физик Дени Папен вместе с немецким ученым Бюйгесом работал с 1682 года над созданием машины, в которой поршень внутри трубки поднимался бы при помощи взрыва по­рохового заряда, помещенного под цилиндром. После длитель­ных экспериментов в 1690 году он нашел идеально работающее тело - воду. Также он обнаружил увеличение температуры кипе­ния с ростом давления воды и применил это открытие для полу­чения воды при температуре выше 100 градусов по Цельсию, на­гревая ее в закрытом котле. Во избежание взрыва из-за слишком большого давления он применил изобретенный им предохрани­тельный клапан.

История создания паровых двигателей.

В 1698 году анг­личанин Томас Севери изобрел паровой насос для откачки воды из шахт. А в 1705 году, познакомившись с работами Папена, сле­сарь Томас Ньюкомен получил патент на изобретенную им тепло­вую машину. Она была первой машиной, которая с успехом при­менялась для подъема воды из шахт. Принцип ее работы был та­ким: пар из котла выходил в цилиндр и поднимал его доверху. За­тем в цилиндр под поршень пускали воду, пар конденсировался, давление понижалось, и атмосферное давление опускало поршень вниз. Однако машина была крайне громоздкой и требовала огром­ного количества угля. Поэтому ее можно было использовать только для откачки воды на шахтах. Понадобилось более 50 лет, прежде чем появился первый паровой двигатель непрерывного действия. Его создал наш соотечественник Иван Иванович Ползунов (в 1766 году) - русский ученый, механик. В первом из двух проектов Ползунова была разработана (впервые в мире) универсальная двухцилиндровая паровая машина непрерывного действия с рабочим ва­лом, во втором конструкция была переработана и несколько упро­щена применительно к конкретной задаче - приведению в движе­ние воздуходувных мехов плавильных печей. При этом вторая ма­шина была в 10 раз больше и в 15 раз мощнее первой.

По расчетам исследователей, ее мощность составляла от 32 до 40 л.с. Второй проект был воплощен самим Ползуновым, отдавшим этой работе все свои силы. Машина была выполнена це­ликом из металла (впервые в мире), проработала всего два месяца, но даже за этот короткий срок не только окупила все затраты, но и принесла немалый доход. Была пущена в Барнауле, с помощью нее было расплавлено 9000 пудов серебряной руды.

Создателем универсального парового двигателя, который по­лучил широкое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт. Он намеревался прежде всего исключить потерю те­пла за счет охлаждения цилиндра. В 1784 году ему пришла идея выводить пар из цилиндра, соединив в надлежащий момент ци­линдр с пустым резервуаром, куда пар сам бы устремлялся. Так был изобретен конденсатор. Также Уатт внес в свою машину такие усовершенствования, как центробежный регулятор ввода пара, зо­лотник, паровая рубашка вокруг цилиндра, индикатор давления. Машина была двойного действия, то есть пар поступал по обе сто­роны от поршня.

Для расширяющегося машинного производства нужен был и механический транспорт. И такой появился, в его основе лежал универсальный паровой двигатель. В 1803 году в Париже на реке Сене американец Р. Фултон впервые испытал судно, движимое силой пара. А через 4 года по реке Гудзон уже ходил первый в ми­ре колесный пароход «Клермонт» с двигателем мощностью 20 л.с.

В 1814 году англичанин Джордж Стефенсон создал паровоз, который двигал состав весом 30,5 т. со скоростью 6 км/ч. В России отец и сын Черепановы, крепостные мастера уральского завода, тоже построили паровоз (в 1834 году). Он вез состав весом 32 т. со скоростью 13-16 км/ч.

В конце XIX века коренным образом изменился паровой дви­гатель. Изобретатели решили использовать не давление пара, а скорость его движения. Так была создана в 1884 году англичани­ном Парсоном первая многоступенчатая паровая машина.

Учитель физики. Мы предоставляем слово второму эксперту-историку.

 

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ ВТОРОГО ЭКСПЕРТА-ИСТОРИКА

Я расскажу об истории создания двигателя внутреннего сгорания. На определенном этапе развития техники стало очевид­ным, что пользоваться теплом огня непосредственно для производ­ства работы лучше, чем затрачивать его на получение пара, а затем использовать тепло пара. Но с самых же первых опытов возникли большие препятствия. Достаточно упомянуть разработки Ж. Готфейля (1678-1682) и Х. Гюйгенса (1681). Оба ученых предлагали так называемый атмосферный двигатель, у которого поршень подни­мался взрывом пороха вверх и фиксировался. После охлаждения продуктов сгорания под поршнем создавалось разряжение. У дви­гателя Гюйгенса под действием атмосферного давления поршень опускался, совершая полезную работу. У двигателя Готфейля раз­ряжение в подпоршневой полости использовалось для всасывания воды, а после того как поршень переставали удерживать, он, опус­каясь, вытеснял воду. Реализовать эти предложения в то время не представлялось возможным из-за низкого уровня развития техники.

Разработки Папена, Севери, Ползунова, Уатта и др. привели к тому, что к концу XVII столетия паровая машина стала универ­сальным двигателем, и казалось, замены пару нет.

Представить себе двигатель, работающий не так, как паровая машина, было трудно. Возникло представление, что любое рабочее тело должно обладать свойствами пара и попадать в цилиндр в виде однородной массы с одинаковыми температурой и давлением. Та­ким рабочим телом могли стать продукты сгорания.

Решение задачи использования продуктов сгорания заключа­лось в поиске соответствующего горючего. Очевидно, таких попыток заменить пар было немало, но история сохранила лишь некоторые из них, да и то в очень неполном объеме. Например, работы братьев Ньепсов. (Известны благодаря своему вкладу в развитие фотогра­фии.)

Идея замены дефицитного во Франции угля иным топливом витала в воздухе. Братья занимались поисками такого топлива, продукты сгорания которого можно было бы использовать в качестве рабочего тела, подобного пару. В качестве такового они применили ликоподий - семена спорового растения-плауна. Этот чрезвычайно сухой, легкий и легковоспламеняющийся порошок использовался для эффектных вспышек во время театральных представлений. Счи­тать его конкурентом угля было нельзя, урожай плауна был очень ог­раничен.

Можно считать, что первая официально зарегистрированная попытка создания ДВС (двигателя внутреннего сгорания) была сде­лана почти одновременно с началом работ Ньепсов. В 1794 г. изо­бретатель Роберт Стрит получил в Англии патент № 1983 на атмо­сферный двигатель, работающий на продуктах сгорания горючей жидкости (терпентин или спирт). Жидкость наливалась на дно вер­тикального цилиндра, при нагреве испарялась, и ее пары смешива­лись с воздухом. После воспламенения горючей смеси продукты ее сгорания поднимали поршень и совершали работу.

В 1833 г. Вельмант Райт получает в Англии патент № 6526, в котором оговорено охлаждение цилиндров с помощью водяной ру­башки (двигатель двойного действия).

В 1838 г. в Англии выдан патент № 7615, согласно которому газ и воздух предварительно сжимают в отдельных цилиндрах, а смесь перед воспламенением дожимают в рабочем цилиндре. Вос­пламенение должно было производиться в мертвой точке с помо­щью раскаленной губчатой пластины или же пламенем через зо­лотник.

Были предложения использовать водород (1820, англичанин Сесиль). В 1841 г. Дж. Джонтсон получил патент № 8841 на двига­тель, работающий на смеси водорода с кислородом.

На всемирной выставке в Париже в 1867 г. немецкий ком­мерсант Отто представил новый газовый двигатель, созданный в содружестве с инженером Лангеном.

Успешные опыты по замене светильного газа другими про­дуктами газификации вызывали желание попробовать применить пары жидкого топлива. Еще в 1873 г. американец Брайтон пытался использовать керосин. Но керосин плохо испаряется, и Брайтон перешел на бензин. Он же изобрел для своего двигателя первый испарительный карбюратор. Важно, что горение у Брайтона про­исходило при постоянном давлении.

На всемирной выставке в 1893 г. в Чикаго был удостоен выс­шей награды образец двигателя первого русского завода керосино­вых и газовых двигателей, в котором керосин подтекал к испарите­лю самотеком и воспламенялся с помощью металлической тру­бочки.

Первый бензиновый двигатель был построен в России в 1884 г. моряком русского флота Костевичем для дирижабля.

Импульсом для развития бензиновых двигателей послужило стремление использовать их на автомобиле. Решающий вклад в создание этих двигателей приписывают немецким инженерам Даймлеру и Майбаху.

Совершенствование двигателей шло в тесном взаимодейст­вии с совершенствованием производства.

Автором одного из самых крупных изобретений является Ру­дольф Дизель. По замыслу Дизеля, если воздух сжать до давления не ниже 33-35 атм. и повысить вследствие этого его температуру до 500-700 °С, то топливо, вводимое туда, будет воспламеняться от соприкосновения с горячим воздухом. Но Дизель предлагал не просто постепенное сгорание, он имел в виду регулируемое сгора­ние с обеспечением постоянства температуры и давления. В ре­зультате многолетней работы был создан новый высо­кокачественный двигатель, носящий его имя. Первый же двигатель с воспламенением впрыскиваемого топлива от сжатия воздуха, по­строенный на заводе Нобеля, получил название «дизель», прочно закрепившееся за двигателями такого типа.

Конструкция дизелей претерпела существенные изменения. В 30-х годах XX в. появляются мощные авиационные ДВС конструк­торов Микулина и Чаромского. Во время Великой Отечественной войны применялся авиационный дизель большой мощности АЧ-30 конструкции Чаромского.

Двигатели на легком топливе и дизели прочно занимают по­зиции практически единственного вида силовой установки для наземного транспорта и составляют существенную долю среди силовых установок водного транспорта. Конечно, современные ДВС конструктивно отличаются от самых первых образцов, но принципы преобразования теплоты в работу остались неизменными.

Учитель физики. Мы предоставляем слово третьему эксперту-историку _____________________________.

 

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ЭКСПЕРТА-ИСТОРИКА.

Я расскажу об истории создания реактивных двигателей, которая не так продолжительна, как история паровых турбин и ДВС. Свое начало она берет в нашем столетии. Это один из самых прогрессивных и перспективных видов тепловых машин.

В разгар первой мировой войны А. И. Тихомиров посылает прошение о предоставлении ему привилегии на разработку самодвижущихся в воде и на воздухе мин, в которых использовались ракетные двигатели.

Под руководством Валентина Петровича Глушко создается целая серия ОРМ. Первый - с цилиндрическим соплом, с водяным охлаждением и тягой до 20 кгс. В ОРМ-3 и ОРМ-5 двигатели охлаждались одним из компонентов топлива. В качестве окислителей использовались: жидкий кислород, азотный тетроксид, азотная кислота, а в качестве горючего - бензин, керосин.

В 1933 году созданы ОРМ-50 с тягой 150 кгс, с химически зажиганием азотно-кислотно-керосинового топлива. После 10 запусков сохраняли полную работоспособность. Предназначались они для ракет и торпед.

В 1931 году Ф. А. Цандер совершенствовал свой ОР-1 - паяльную лампу, переделанную в РД, - работавший на воздушно - бензиновой смеси с тягой до 145 кгс. В 1933 году Цандер хотел, чтобы топливо для двигателей присутствовало уже в конструкции. Но эта идея до нашего времени так и не реализована. ЖРД испытывались, создавались и проектировались с использованием в качестве окислителя жидкого кислорода и азотной кислоты, которая в отличие от кислорода остается жидкой при нормальной температуре. В 1936-1937 годах были разработаны двигатели ОРМ-65: с ручным и автоматическим пуском, регулируемой в полете тягой, на высококипящем топливе; отличался высокими характеристиками и выдержи­вал до 50 запусков. В 1940 году было разработано, для форсирова­ния маневров боевых самолетов, семейство ЖРД с максимальной тя­гой от 300 до 900 кгс. Первые три двигателя прошли официальные испытания на самолетах Пе-2Р, Як-7Р, Су-6, Су-7. Но в боевых дейст­виях не применялись.

Валентин Петрович Глушко был разработчиком электрореак­тивных двигателей. Он удостоверился, что они понадобятся только на следующем этапе освоения космоса, а чтобы проникнуть в кос­мос, потребуются жидкостные реактивные двигатели, о которых пи­сал К. Э. Циолковский. В 1930 году началась разработка ЖРД (ци­линдрическое сопло, с водяным охлаждением и тягой до 20 кгс). В марте 1933 года бригада Цандера провела испытания ОР-2.

В 1954 году М. К. Тихонравов с С.П. Коряевым предложили создание искусственных спутников Земли.

Основным показателем совершенства РД является его эконо­мичность. РД был применен в космической ракете РД-107; ее удельный импульс в пустоте составлял 310 кгс при тяге в 102 кгс и давлении в камерах сгорания 60 атмосфер. РД-107 состоял из двух небольших рулевых камер. Многокамерность позволила уменьшить длину двигателя и массу ракеты.

Учитель физики. Теперь можно подвести итоги выступлений экспертов-историков. Какими бы ни были различными паровые машины, ДВС и ре­активные двигатели, работа их сводится к преобразованию внут­ренней энергии в механическую энергию, при наличии рабочего тела, нагревателя и холодильника. А сейчас мы продолжаем нашу работу и переходим к следую­щему вопросу.

 

П. ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ РОЛЬ ТЕПЛОВЫХ МАШИН.

Каким же образом были реализованы проекты ТД (тепловых двигателей), предложенные учеными?

Итак, слово предоставляется экспертам-физикам с выступле­ниями о положительной роли ТМ.

Выступление первого эксперта-физика_______________________________________.

 

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЯ


Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 17 | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2020 год. (0.022 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав