Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Слайд #1

Урок 1.
Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания.

Слайд #2

Слайд #3

Кроссворд

Слайд #4

Слайд #5

Слайд #6

Слайд #7

Слайд #8

Джеймс Уатт
УАТТ (Watt) Джеймс (1736-1819), английский изобретатель.

Изобрел (1774-84) паровую машину с цилиндром двойного действия.

Применение машины Уатта положило начало эре тепловых двигателей.

Слайд #9

Работа газа и пара при расширении.
Двигатель внутреннего сгорания.

Слайд #10

Тепловые двигатели – это машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Задача урока:
познакомиться с устройством тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.
Цели: изучить
-виды тепловых машин;
-устройство ДВС;
-принцип работы ;
-влияние работы ДВС на окружающую среду

Слайд #11

Энергия топлива.

С+О2=СО2+Q
углерод + кислород = углекислый газ + тепло
1 кг – q Дж
m кг – m ∙q Дж
Q=m ∙q q=Q/ m
(q=Дж/кг)

Слайд #12

Простейший "одноразовый" тепловой двигатель (паровая машина)
При нагревании воды в закрытой пробкой пробирке увеличивается количество пара, находящегося под пробкой, и повышается его давление на пробку. Наконец, давление пара выталкивает пробку, при этом пар совершает работу. Часть первоначальной энергии пара пошло на совершение работы по выталкиванию пробки. Внутренняя энергия пара превратилась в механическую энергию. Так как пар выходит еще достаточно горячий, то оставшуюся энергию он отдает окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру.

Слайд #13

1
2
ДАВНЫМ - ДАВНО ...
Две с лишним тысячи лет тому назад, в 3 веке до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунки пушки Архимеда были найдены позднее в рукописях Леонардо да Винчи.
При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне . Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой, как бы цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

Слайд #14

Прообраз первого парового двигателя

Слайд #15

Виды тепловых двигателей

Паровая машина

Газовая и паровая турбина

Двигатель внутреннего сгорания

Реактивный двигатель

Слайд #16

Паровая машина

Слайд #17

ПАРОВАЯ МАШИНА –
тепловой поршневой двигатель для
преобразования энергии водяного пара в механическую работу.

Пар, поступая в цилиндр паровой машины, перемещает поршень.

До конца 19 в. она была единственным универсальным двигателем,
сыграла исключительную роль в
прогрессе промышленности и транспорта.

Слайд #18

Паровая турбина

Слайд #19

Паровая турбина установлена на Тюменской ТЭЦ-1

Слайд #20

ПАРОВАЯ ТУРБИНА
преобразует тепловую энергию водяного пара в
механическую работу. Поток водяного пара поступает
через направляющие аппараты на лопатки,
закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на
них, приводит ротор во вращение.
В отличие от поршневой паровой машины, паровая
турбина использует не потенциальную, а
кинетическую энергию пара,






Паротурбинные двигатели нашли широкое применение на водном транспорте и в авиации.
электрические генераторы всех тепловых и атомных электростанций приводятся в действие паровыми турбинами.

Слайд #21

Газовая турбина
Транспортный самолёт
Ан -124 «Руслан»

Слайд #22

22
Ракетные двигатели
Реактивные двигатели, не использующие для своей работы окружающую среду, называют ракетными двигателями.

В 1987 г. прошла успешные испытания универсальная ракета-носитель «Энергия», способная выводить на орбиту более 100 т полезного груза.
Многоразовый ракетно-космический комплекс «Энергия-Буран»  

Слайд #23

23
Турбореактивный двигатель
Газовая турбина может быть использована как реактивный двигатель.
Её реактивная сила тяги может быть использована для движения самолёта, теплохода или железнодорожного состава.

Турбореактивными двигателями оборудованы: Ил-62, Ту-154, Ил-86.

Авиационный турбореактивный двигатель Д-36
предназначен для установки на самолеты Як-42,
Ан-72, Ан-74 и экранопланы "Комета-2" и "Вихрь-2".

Слайд #24

24
Карбюраторный двигатель
В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель.
В таком двигателе смешивание топлива с воздухом происходит вне цилиндра, в специальном узле обогащения топлива воздухом (карбюраторе)
Квадроцикл "РЫСЬ" 2-х цилиндровый, 2-х тактный карбюраторный двигатель с водяным охлаждением.
ВАЗ-2120 Надежда, двигатель
бензиновый, карбюраторный.

Слайд #25

Что заставляет двигаться комбайны,

Слайд #26

трактора,

Слайд #27

самолеты,

Слайд #28

Слайд #29

вертолеты,

Слайд #30

мотоциклы,

Слайд #31

Слайд #32

автомобили?

Слайд #33

Слайд #34

Сердцем машины является мотор, т.е. двигатель внутреннего сгорания.

Слайд #35

Слайд #36

Двигатель внутреннего сгорания — это устройство, в котором химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу.
ДВС делятся :
а)По назначению — на транспортные,
стационарные и специальные.
б)По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо).
в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюраторые) и внутреннее (дизельные) ДВС.
г) По способу воспламенения (искра или сжатие).
д) По числу и расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные, V-образные, VR-образные и W-образные классифицируют:
двигатели.

Слайд #37

Двигатель внутреннего сгорания – очень распространенный вид теплового двигателя. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600 – 1800 0С.

Слайд #38

Давление на поршень при этом резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая при этом механическую работу.
Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня.
Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск). Поэтому такие двигатели называют четырехтактными.

Слайд #39

Устройство двигателя
внутреннего сгорания

1,2 – клапана впускной и выпускной
3 – поршень
4 – шатун
5 – коленчатый вал
6 – маховик
7 - свеча

Слайд #40

Слайд #41

Принцип действия
41
1 такт
3 такт
2 такт
4 такт

Слайд #42

Работа двигателя внутреннего сгорания.
1 такт. Впуск
При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз. Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

Слайд #43

Работа двигателя внутреннего сгорания. 2 такт. Сжатие
При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь. В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Слайд #44

Работа двигателя внутреннего сгорания. 3 такт. Рабочий ход.

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз. Под действием расширяющихся нагретых газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах. Второй и третий такты происходят при закрытых клапанах.

Слайд #45

Работа двигателя внутреннего сгорания. 4 такт. Выпуск.
В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх. В конце четвертого такта клапан 2 закрывается.

Слайд #46

Схема работы четырёхтактного двигателя.

1. впуск

2. Сжатие

3. рабочий ход

4. Выпуск

Слайд #47

Слайд #48

Как уменьшить загрязнение окружающей среды?
48
Т.к. автомобильные двигатели играют решающую роль в загрязнении атмосферы в городах, то проблема их усовершенствования представляет одну из наиболее актуальных научно-технических задач.
Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды – использование в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизели в топливо которых не добавляют соединения свинца.

Перспективными являются разработки и испытания автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяют электродвигатели, питающиеся от аккумуляторов и солнечный батарей или двигатели, использующие в качестве топлива водород.

Слайд #49

Электромобиль и солнцемобиль

Слайд #50

Стоянка велосипедов в Германии

Слайд #51

Лесные насаждения

Слайд #52

Езда на лошадях

Слайд #53

«Хорошо» и «плохо» тепловых двигателей
53

Слайд #54

«Хорошо» и «плохо» тепловых двигателей
54

Слайд #55

Кто же изобрел это чудо техники?
Первый по настоящему работоспособный Двигатель Внутреннего Сгорания (ДВС) появился в Германии в 1878 году. Но история создания ДВС уходит своими корнями во Францию.
В 1860 году французский изобретатель Этвен Ленуар изобрёл
первый двигатель внутреннего сгорания. Но этот агрегат был несовершенен, с низким КПД и не мог быть применён на практике. На помощь пришёл другой французкий изобретатель Бо де Роша, который в 1862 году предложил использовать в этом двигателе четырехтактный цикл:
всасывание
2. сжатие
3. горение и расширение
4. выхлоп

Слайд #56

Слайд #57

Именно эта схема и была использована немецким изобре-тателем Николаусом Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, КПД которого достигал 22%.

Слайд #58

Первым автомобилем с четырёхтактным ДВС был трёхколёсный экипаж Карла Бенца, построенный в 1885 году.
Годом позже (1886 г) появился вариант Готлиба Даймера.
Оба изобретателя работали независимо друг от друга.
В 1926 году они объединились, создав фирму Deimler-Benz AG.

Слайд #59

История автомобилей.



Первый автомобиль Г.Форда (1892г.)

Слайд #60

История автомобилей.
Первый русский автомобиль с двигателем внутреннего сгорания построенный
Е. А. Яковлевым,
П. А. Фрезе (1896г.)

Слайд #61

История автомобилей.


Легковые электромобили
И. В. Романова
(1899г.)

Слайд #62

История автомобилей.



Электрический омнибус
И. В. Романова
(1899г.)

Слайд #63

История автомобилей.



Электрический омнибус «Дукс» (1901г.)

Слайд #64

История автомобилей.
Первый
русский
автомобиль
«Руссо – Балт» (1908г.)

Слайд #65

Синквейн

1.Двигатель.
2.Тепловой, четырехтактный.
3.Преобразует, вращает, загрязняет.
4.ДВС преобразует внутреннюю энергию топлива в механическую работу.
5.Чюдо техники.

Слайд #66

Работа двигателя

Слайд #67

Работа двигателя

Слайд #68

Работа двигателя

Слайд #69

Работа двигателя

Слайд #70

Работа двигателя

Слайд #71

Работа двигателя

Слайд #72

Работа двигателя

Слайд #73

Работа двигателя

Слайд #74

Домашнее задание: § 21-22.
Источники:
1.«Физика» 8 класс, авторы
А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. Издательство «Дрофа» 2012 г.
2.Составить синквейн ,кластер, кроссворд.
3.Закончить работу над таблицей №3
4. http://www.all-fizika.com/

Слайд #75

Урок 2.
Паровая турбина. КПД.

Слайд #76

76
Паровые турбины
Первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена Г. Лавалем в 1889 г.
Её мощность была меньше 4 кВт при частоте вращения 500 об/с.
При создании паровой турбины Лаваль решил две проблемы:
Внутренняя энергия пара в максимальной степени превращалась в кинетическую энергию струи, вырывающейся из сопла.
Кинетическая энергия струи в максимальной степени передавалась лопаткам ротора турбины.
К.П.Д. современных паровых турбин достигает 40%, поэтому электрические генераторы всех тепловых и атомных электростанций приводятся в действие паровыми турбинами.
Паротурбинные двигатели нашли широкое применение на водном транспорте и в авиации.
Паровая турбина установлена на Тюменской ТЭЦ-1
Свежий пар
Отработанный пар
Сопла барабана
Диск с системой лопаток
Паровая турбина установлена на Тюменской ТЭЦ-1

Слайд #77

ПАРОВАЯ ТУРБИНА
преобразует тепловую энергию водяного пара в
механическую работу. Поток водяного пара поступает
через направляющие аппараты на лопатки,
закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на
них, приводит ротор во вращение.
В отличие от поршневой паровой машины, паровая
турбина использует не потенциальную, а
кинетическую энергию пара,






Паротурбинные двигатели нашли широкое применение на водном транспорте и в авиации.
электрические генераторы всех тепловых и атомных электростанций приводятся в действие паровыми турбинами.

Слайд #78

Паровая турбина

Слайд #79

Слайд #80

80
Газовые турбины
Разработка турбин внутреннего сгорания сдерживалась отсутствием материалов, способных длительное время работать при высоких температурах и больших механических нагрузках.
Цикл работы газовой турбины аналогичен циклу поршневого ДВС, но в турбине циклы происходят одновременно в разных участках.
КПД газотурбинных установок достигает 25 -30%.
Турбовинтовые двигатели имеют Ил-18, Ан-22, Ан-124, «Руслан».
Транспортный самолёт
Ан -124 «Руслан»
1
1- воздушный компрессор
2 – камеры сгорания
3 – газовая турбина
4
4 – выпускное сопло
3
2

Слайд #81

81
Ракетные двигатели
Реактивные двигатели, не использующие для своей работы окружающую среду, называют ракетными двигателями.
Выход струи газа через сопло приводит к возникновению реактивной силы.
Мощность первой ступени ракеты-носителя «Восток» с ЖРД достигала 15 ГВт.
В 1987 г. прошла успешные испытания универсальная ракета-носитель «Энергия», способная выводить на орбиту более 100 т полезного груза.
Многоразовый ракетно-космический комплекс «Энергия-Буран»  
Старт ракеты-носителя «Союз»

Слайд #82

Слайд #83

Коэффициент полезного действия
(кпд) - характеристика эффективности теплового двигателя, определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, переданному системе.

Слайд #84

84
КПД тепловых двигателей
Карбюраторный двигатель внутреннего сгорания – 25-30%
Турбовинтовой двигатель самолёта – 30%
Дизель трактора и машины– 28-30%
Дизель (стационарный) – 34-44%
Паровая турбина на мощных электростанциях -40%

Слайд #85

Эффективность работы двигателей

Слайд #86