Двигатель внутреннего сгорания - Изменение агрегатных состояний вещества

Цель: продолжить знакомить учащихся с физическими принципами действия тепловых двигателей на примере двигателя внутреннего сгорания.

Демонстрации: модель двигателя внутреннего сгорания; выполнение работы при сгорании воздушно-бензиновой смеси.

Ход урока

I. Изучение нового материала

Говоря о создании нового типа тепловой машины - двигателя внутреннего сгорания, - нужно отметить, что это явилось логическим продолжением развития новых, более совершенных типов машин.

В 1860 г. француз Э. Ленуар построит устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства, а не снаружи, как это было у паровой машины. Модель была несовершенной, КПД не превышал 3%.

Спустя 18 лет немецкий изобретатель Отто создал двигатель внутреннего сгорания, который работал по четырехтактной схеме: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск отработанных газов. Именно модификации этого двигателя и получили наибольшее распространение.

Бензиновый двигатель построили в 1886 г. Это сделал немецкий инженер Даймлер. Горючая смесь (смесь бензина и воздуха) образовывалась при помощи устройства, которое называлось карбюратором.

Далее на примере модели можно рассказать об устройстве и принципе работы двигателя внутреннего сгорания. Особое внимание следует уделить тому, как поршень выводится из двух крайних точек, которые называются «мертвыми точками». Для этого предусмотрено массивное маховое колесо, которое насажено на вал двигателя.

Важно понять назначение каждого такта в полном цикле работы.

Первый такт - впуск. Открывается впускной клапан, поршень движется вниз, рабочая смесь занимает весь объем цилиндра.

Второй такт - сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется, рабочая смесь сжимается, и при минимальной рабочей смеси происходит воспламенение от искры.

Третий такт - рабочий ход. При сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 МПа, а температура 1500-2200 °С. Поршень под действием газов движется вниз, температура газа уменьшается. Именно на этом этапе и происходит преобразование части внутренней энергии в механическую. Это и называется рабочий ход.

Четвертый такт - выпуск. Поршень начинает двигаться вверх, открывается выпускной клапан, и отработанные газы выходят в окружающую среду.

За счет системы зажигания в четырехцилиндровом двигателе в каждом такте один из цилиндров реализует рабочий ход. Это позволяет коленчатому валу подводить энергию часто и равномерно.

В современных машинах коленчатый вал может совершать от 3000 до 8000 оборотов в минуту.

Кроме двигателя внутреннего сгорания, который работает по четырехтактной схеме, есть и двухтактные двигатели, но они не нашли широкого применения.

Немецкий инженер Р. Дизель в 1897 г. изобрел двигатель, в котором сжимали воздух и в момент максимального сжатия в камеру сгорания при помощи форсунки делали впрыск топлива. Далее, раскаленные газы перемещали поршень, и происходило преобразование внутренней энергии в механическую. Такой двигатель не имел карбюратора, был достаточно экономичным и надежным.

КПД дизельных двигателей достигает 35—44%, тогда как у двигателей внутреннего сгорания он не превышает 25-32%. Дизельные двигатели нашли широкое применение в тракторах, большегрузных машинах, на кораблях, передвижных электростанциях.

Если говорить о развитии автомобилей, то, начиная с 1886 г., когда Г. Даймлер создал первый автомобиль с бензиновым двигателем, более чем за столетний этап человечество успело многого достичь. Большая роль в развитии автомобилестроения принадлежит Генри Форду, который в начале XX века начал выпуск автомобилей с конвейера.

В России первые автомобили начали строить в начале XX века. В настоящее время крупнейшими производителями являются автомобильные заводы в Тольятти и в Набережных Челнах. На первом заводе выпускают легковые автомобили «ВАЗ», а на втором - грузовики «КамАЗ».

Интересно, что первые автомобили развивали скорость не более 25 км/ч, в то время как современные автомобили могут развивать скорость до 200-350 км/ч, а отдельные спортивные модели с газотурбинными двигателями разгоняются до 900 км/ч. Рекорд скорости принадлежит ракетному автомобилю «Траст SSC», который развил скорость 1227,9 км/ч.

Подводя итог урока, следует отметить, что научно-технический прогресс неуклонно совершенствует конструкцию, технические характеристики автомобилей.

Важным на современном этапе является создание новых экономичных и экологически чистых машин. Это - машины нового века, новых технологий. Это - машины будущего.

II. Доклады учащихся

Оставшуюся часть урока можно посвятить прослушиванию докладов, подготовленных учениками.

Домашнее задание

§ 22-23 учебника; вопросы и задания к параграфу.