Экологические проблемы связанные с тепловыми двигателями презентация. Презентация на тему тепловые двигатели и их воздействие на окружающую среду. Экологическая проблема использования тепловых машин

07.03.2024Рубрика: Онлайн-калькуляторы

«Тепловые двигатели и окружающая среда» - Уатт Джемс. Эти вещества попадают в атмосферу. Цикл Карно. Двигатели внутреннего сгорания автомобилей. Холодильная установка. Тепловые двигатели. Коэффициент полезного действия теплового двигателя. Паровая и газовая турбина. Схема рабочего процесса четырехтактного дизеля. Паровая турбина. Ньюкомен Томас.

«Виды двигателей» - КПД двигателя внутреннего сгорания. Борьба Гринписа против загрязнения атмосферы. Принцип действия электродвигателя. Электрический двигатель. КПД дизельных двигателей. Двигатель внутреннего сгорания. Как это было (первооткрыватели). Энергосиловая машина, преобразующая какую-либо энергию в механическую работу.

«Использование тепловых двигателей» - Количество вредных веществ. Первый автомобиль. В авиации. Русский механик Иван Ползунов. На железной дороге. Немецкий инженер Даймлер. Тепловые двигатели играют положительную роль в жизни. Применение тепловых двигателей. Состояние зеленой природы. Воздух. Транспортные средства. Проследим историю развития тепловых двигателей.

«Современные тепловые двигатели» - Двигатель. Специальное дизельное топливо. Устройство. Поршневые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания. Виды тепловых двигателей. Английский изобретатель. Газовая турбина. Смесь топлива с воздухом. Поддон. Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды. Паровая машина. Современные тепловые двигатели.

«Тепловые двигатели и их виды» - Разнообразие видов тепловых машин. Дизель. Тепловые машины. Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбины. Виды тепловых двигателей. Реактивный двигатель. Внутренняя энергия. Газовая турбина. Паровая машина.

«Типы тепловых двигателей» - Паровая турбина. Вред. Краткая история. Двигатель внутреннего сгорания. Типы тепловых двигателей. Уменьшение загрязнений окружающей среды. Цикл Карно. Ракетный двигатель. Значение тепловых двигателей. Краткая история развития. Тепловые двигатели.

Всего в теме 31 презентация

Слайд 2

Машины, производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими телами, называется ТЕПЛОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ. В результате работы, двигатели выбрасывают в атмосферу электрический ток.

Слайд 3

Особая опасность!

Особую опасность в увеличение вредных выбросов в атмосферу представляют двигатели внутреннего сгорания, установленные на автомобилях, самолётах, ракетах. Применение паровых турбин на электростанциях требует много воды и больших площадей занимаемых под пруды для охлаждения отработанного пара.

Слайд 4

Рассмотрим те самые вредные вещества.

Слайд 5

Наша планета в большой опасности!!

При повышении ежегодного использования первичных энергоресурсов всего в 100 раз средняя температура на Земле повысится примерно на 1°С. Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, к изменению природных комплексов, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы роста энергопотребления увеличиваются, и сейчас создалось такое положение, что до увеличения температуры атмосферы потребуется всего несколько десятков лет.

Слайд 6

Решение проблемы…

Из-за большого энергопотребления в ряде регионов планеты возможность самоочищения их воздушных бассейнов оказалась уже исчерпанной. Необходимость значительно снизить выброс загрязняющих веществ привела к использованию новых видов топлива, в частности к строительству атомных электростанций (АЭС) и повышению их надёжности. В местах где это возможно использовать природные особенности для получения электрической энергии т.е. использовать силу ветра в ветровых электростанциях и т.д. Для снижения вредных выбросов в атмосферу использовать электродвигатели, двигатели работающих на солнечных батареях. Использовать современные технологии в очистке выбросов отработанных газов как на производствах так и в автомобилях. Эти решения могут привести к таким результатам…..

Урок по теме

«Тепловые двигатели. Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения »

10 класс

Учитель: Каменцева О.Н.

Тип урока : урок – обобщения и систематизация знаний с элементами исследовательской деятельности.

Задачи урока :

1.Образовательная:

Знать понятия, величин, формул, законов;

Уметь решать и составлять задачи, проводить измерения;

Владеть приемами устной, письменной, монологической и диалогической речи; владеть основными видами ответов, определения понятий, сравнения; формирование исследовательских компетентностей учащихся, умения самостоятельно работать с информацией; реализация межпредметных связей.

2. Воспитательная:

Развивать нравственные и эстетические представления, систему взглядов на мир;

Формировать знания о динамических и статистических закономерностях, о влиянии условий на характер протекания физических процессов.

3. Развивающая:

Развить речь, мышление, сенсорную сферу личности, эмоционально-волевую и потребностно – мотивационную области;

Умственную деятельность.

Оборудование к уроку: ПК, проектор, датчик СО 2 SensorLab , система сбора данных.

План урока:

Оргмомент.

Формулировка проблемы урока.

Формулировка темы урока.

Задачи урока для учащихся.

Фронтальный опрос.

Решение задач

Экологические проблемы использования тепловых двигателей и пути их решения.

Пути решения экологических проблем.

Решение проблемного вопроса.

Решение задачи из части «С» ЕГЭ.

Подведение итогов.

Домашнее задание.

Ход урока:

Оргмомент.

Формулировка проблемы урока. Человек летит в космос, погружается на большие глубины морей и океанов, проникает в суть вещества, а всё ли мы знаем о себе? Ребята, на прошлом уроке мы с вами познакомились с темой «Тепловые двигатели» и сегодняшний урок я хочу начать с вопроса «Является ли человек тепловым двигателем?» (Рассуждения детей).

3.Формулировка темы урока.

Исходя из проблемного вопроса, как вы думаете чем мы будем заниматься сегодня на уроке? Какова будет тема урока?

(Ответы детей)

4.Задачи урока для учащихся. Какие задачи мы поставим себе на урок?

(Ответы детей)

5.Фронтальный опрос.

Какую я перед вами поставила проблему?

Как вы думаете, какие вопросы мы должны себе задать, чтобы поближе подобраться к решению проблемы?

Молодцы! Давайте на них ответим.

6.Решение задач

Для решения проблемы нам необходимы не только теоретические знания, но и умения их использовать на конкретных задачах, а такие умения можно получить только практическим путем. Решение задач.

Для того, чтобы заставить народ почитать и бояться богов, Египетские жрецы прибегали ко всяческим «чудесам». Перед вами одно из таких, как только на жертвеннике загорался огонь, двери храма, «внемля молитвам» жрецов, отворялись сами собой. Объясните физическую сторону происходящего.

Можно ли всё это устройство назвать тепловым двигателем? (Ответы учеников).

Задача на соотношения из материалов ЕГЭ.

Решение расчетных задач .

Первую задачу решите самостоятельно, выполнив самопроверку.

Вторую задачу решим на доске.

Учащиеся решают задачу совместно с работой одного ученика у доски.

Третья задача –качественная (переход к «экологическим проблемам»)

Для изучения экологических проблем, связанных с использованием тепловых двигателей каждый из вас участвовал и проводил свое маленькое исследование по заранее определенной проблеме. Давайте посмотрим, что из этого у нас вышло.

1-й слад. Анкетирование водителей . Савельева Инна.

Для анкетирования было составлено три ключевых по этой проблеме вопроса. В анкетирование вовлекали любого человека, управляющего автомобилем. Опрошено было 42 человека. И вот, что получилось:

На 1-й вопрос «да» - ответили 74% респондентов, на второй вопрос «да» ответили 50%, и только 1 человек из опрошенных принимает меры, ходит пешком. Вывод: водители о проблеме знают, но она их не беспокоит, меры не предпринимают.

2-й слайд. Данные о количестве автомобилей в п.Орловском. Беляева Д.

За ответом на этот вопрос мы обратились к инспекторам ГИБДД. Мы узнали, что количество регистрируемого автотранспорта ежегодно возрастает в среднем на 400-500 автомобилей, а наконец 2014 года автомобилей стало 14000. Если сравнить эту цифру с количеством жителей пос. Орловского то получается, что в каждой семье есть автомобиль, а в некоторых семьях автомобили у каждого члена семьи.

3-й слайд. Данные о количестве пациентов пос.Орловского
с бронхо-лёгочными заболеваниями. Эти данные нам любезно предоставили сотрудники МУЗ ЦРБ Орловского района. Из графика видно, что количество бронхо-лёгочных заболеваний растет. Конечно мы понимаем, что в эту категорию попадает достаточно большое количество заболеваний и наверняка не все они связаны с загрязнением воздуха, однако статистика –вещь упрямая.

4-й слайд . Уровень выбросов оксида углерода: Сахацкий А. и Дудин И.

(Измеряют с помощью датчик СО 2 SensorLab уровень содержания СО 2 в классе, на выдохе и в выхлопных газах. На проекторе на графике демонстрируется результат.)

Дополняют своё выступление: Газоанализатор – это прибор, который осуществляет газовый анализ. Такой прибор нам удалось найти в АТП, для самостоятельных измерений нам его не дали, а вот имеющимися данными поделились.

Учитель . (дополняет) Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли и, особенно на участках автотрасс, где стоят светофоры. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. И вы, как молодое поколение, вступая в трудовую жизнь должны иметь четкое представление о том, что природные ресурсы не бесконечны и технология любой продукции должна удовлетворять такому основному, с экологической точки зрения, требованию, как минимальное потребление материалов и энергии. И еще, ребята, помните, какие бы проекты вам в последствии не пришлось выполнять, создание машин и механизмов, при всяком хозяйственном начинании должно быть твердое убеждение в том, что без уверенности в безвредности для окружающей среды того или иного мероприятия оно не должно реализоваться.

5-й слайд. Выводы. Формулируют учащиеся.

Учитель. В свете всех проблем, о которых вы только, что рассказали, теперь будем все ходить пешком? (Рассуждение ребят)

Каковы пути решения этой вселенской проблемы?

Проблема эта существует давно, давно говорят как раз об этом, почему до сих пор не приняты меры?

А что можете сделать вы уже сейчас, не дожидаясь далёкого будущего?

9.Решение проблемного вопроса.

Шкабар М. у доски.

10. Подведение итогов. Что узнали нового на уроке?

Что было интересным?

Что было неожиданным?

Выставление оценок.

11. Домашнее задание.

Повторить §77-84;

Использованные ресурсы:

Картинки с images.yandex.ru

Просмотр содержимого презентации
«Тепловые двигатели»

Температуру холодильника тепловой машины увеличили , оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты , полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилась . Как изменилось при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась; 2) уменьшилась; 3) не изменилась

КПД тепловой машины

Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл

Работа газа за цикл

Тепловая машина получает за 15 с своей работы от нагревателя 50 кДж теплоты. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику составляет 1000 Вт. Каков КПД тепловой машины?

Ответ: 30%

Температура нагревателя идеальной тепловой машины 425 К, а температура холодильника 300 К. Двигатель получил от нагревателя количество теплоты 40 кДж. Какую работу совершило рабочее тело?

Ответ: 12кДж

Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД;

На окружающей среде?

Данные о количестве автомобилей в п.Орловском

Численность населения пос. Орловского – 20 тыс. человек

Данные о количестве пациентов пос.Орловского с бронхо-лёгочными заболеваниями

Марка автомобиля

легковой

ДЭУ Нексия

Тип двигателя

легковой

КАМАЗ- 55111

карбюраторный

Валовый выброс (т / год)

грузовой

инжекторный

грузовой

дизельный

карбюраторный

дизельный

Оксид углерода быстрее кислорода связывается с гемоглобином крови, кровь перестает переносить кислород в организме, возникает кислородное голодание. При этом может быть:

головокружение, одышка, головная боль,

потеря сознания.

Из диаграммы виден стремительный рост автомобилей за последние годы;
Возрастает количество выбросов оксида углерода и диоксида углерода;
Возрастает число больных бронхо-легочными заболеваниями;

Поиск заменителей бензина

и дизельного топлива;

Реконструкция двигателя;
Контроль за состоянием автомобиля, регулировка двигателя;
Правильное вождение;
Водородные технологии – шаг в будущее;
Использование электромобилей;
Использование

альтернативных

видов энергии.

1. Пусть температура нашего тела - Т₁ , коэффициент полезного действия человеческого тела примерно ŋ =30%. Найдем Т₂.

Т₂=217 К, t =-56°С

2. Пусть температура нашего тела - Т₂, коэффициент полезного действия человеческого тела примерно ŋ =30%. Найдем Т₁.

Т₁=453К, t =170°С

«Могущество страны не только в одном материальном богатстве, но и в духе народа.

Чем шире, свободнее эта душа, тем большего величия и силы достигает государство.

А что воспитывает широту духа, как не эта удивительная природа!

Её надо беречь, как мы бережём самую жизнь человека.

Потомки никогда не простят нам опустошения земли, надругательства над тем, что по праву принадлежит не только нам, но и им.»

П.И.Чайковский

Один моль аргона, находящиеся в цилиндре при температуре Т₁=600 К и давлении р₁=4·10⁵ Па, расширяется и одновременно охлаждается так, что его давление при расширении обратно пропорционально квадрату объема. Конечный объем газа вдвое больше начального. Какое количество теплоты газ отдал при расширении, если при этом он совершил работу А=2493 Дж

Q = Δ U +А ΄ по Первому закон термодинамики; Δ U =3 / 2 ν R (T₂ - T₁).
Из условия задачи: Р₁~1 /V₁² Р₂~1 /V₂²=1/4V₁²=p₁/4
Из уравнения состояния идеального газа для двух случаев:

P₁V₁= ν RT₁ ; P₂V₂= ν RT₂ . Разделим уравнений друг на друга и выразим Т₂

4)Найдем Δ U ; 5) Рассчитаем Q = Δ U +А ΄ .

М=40·10¯³кг / моль

р₁=4·10⁵ Па

Q = -1246 Дж

Что узнали нового на уроке?
Что было интересным?
Что было неожиданным?
Ваше настроение в конце урока(хорошее, бодрое, приподнятое, угнетенное, подавленное).

Повторить §77-84;
Подготовить выступления о ТЭС, ГЭС, АЭС, АИЭ или об альтернативных видах производства энергии;
Подготовить выступление о водородных технологиях для автомобильных двигателей.

http://iralebedeva.ru/physic16.html
http://www.fipi.ru/content/otkrytyy-bank-zadaniy-ege
http://www.afizika.ru/teplovieyavleniya/116-kakustraivalischudesa
http://www.publicecology.ru/publojs-113-1.html
Картинки с images.yandex.ru

В своей жизни мы постоянно встречаемся с разнообразными двигателями. Они приводят в движение автомобили и самолеты, трактора, корабли и железнодорожные локомотивы. Электрический ток вырабатывается преимущественно с помощью тепловых машин. Именно появление и развитие тепловых машин создало возможность для быстрого развития промышленности в 18-19 вв.

Работа тепловых машин связана с использованием ископаемого топлива. Современное мировое сообщество использует энергетические ресурсы в громадных масштабах. Например, за 1979 г. энергопотребление составило примерно 3*10.17 кДж.

Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к повышению внутренней энергии окружающих тел и в конечном счете атмосферы. Казалось бы, что выработка 3*10.17 кДж энергии в год, отнесенная к площади освоенной человеком суши(8,5 млрд га) даст ничтожную величину 0,11 Вт/м2 по сравнению с поступлением лучистой энергии Солнца на земную поверхность: 1,36 кВт/м2.

Однако при повышении ежегодного использования первичных энергоресурсов всего в 100 раз средняя температура на Земле повысится примерно на 1 градус. Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, к изменению природных комплексов, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы роста энергопотребления увеличиваются, и сейчас создалось такое положение, что до увеличения температуры атмосферы потребуется всего несколько десятков лет.

Однако человечество не может отказаться от использования машин в своей деятельности. Чтобы произвести одну и ту же необходимую работу, следует повысить КПД двигателя, что позволит расходовать меньше топлива, т.е. позволит не увеличивать энергопотребление. Бороться с негативными последствиями применения тепловых машин можно только путем увеличения эффективности использования энергии, путем ее экономии.

Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, например, сернистые соединения (при сгорании каменного угля), оксиды азота, углеводороды, оксид углерода(угарный газ СО), хлор и т.д. Эти вещества попадают в атмосферу (в атмосфере Северной Америки и Западной Европы сформировались два гигантских зонта загрязнения. В большей степени этому способствовали высокие трубы котелен (300 м и выше), которые рассеивают загрязняющие вещества над очень большими территориями. Оксиды серы и азота, образующиеся при сгорании топлива, соединяются с атмосферной влагой, образуя серную и азотную кислоты. Это стало причиной устойчивого выпадения кислотных осадков на ландшафты востока Северной Америки и почти всей Европы.

Огромный ущерб от кислотных осадков проявился в первую очередь в Канаде и Скандинавии, затем в Средней Европе в форме уничтожения хвойных лесов, уменьшения численности или вымирания ценных популяций рыб, снижения урожайности зерновых культур и сахарной свеклы. Загрязнение воздуха и водоемов, гибель хвойных лесов и некоторые другие факты отмечены в ряде регионов не только европейской, но и азиатской части России, а из нее- различные части ландшафта.

Особую опасность в увеличении вредных выбросов в атмосферу представляют двигатели внутреннего сгорания, (Число машин угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена. Проводится регулировка двигателей для более полного сгорания топлива и уменьшения содержания угарного газа Сов выбрасываемых продуктах сгорания. Разрабатываются двигатели, не выбрасывающие вредные вещества с отработанными газами, например, работающие на смеси водорода и кислорода.) установленные на автомобилях,самолетах и ракетах.

Применение паровых трубин на электростанциях требует много воды и больших площадей, занимаемых под пруды для охлаждения отработанного пара. (Например, в 1980 г. в нашей стране для этих целей потребовалось около 200 км*3 воды, что составило 35% промышленного водоснабжения. С увеличением мощности электростанций потребность в воде и новых площадях резко возрастает. Для экономии площади и водных ресурсов целесообразно сооружать комплексы электростанций, но обязательно с замкнутым циклом водоснабжения.)

Из-за большого электропотребления в ряде регионов планеты возможность самоочищения их воздушных бассейнов оказалась уже исчерпанной. Необходимость значительно снизить выброс загрязняющих веществ привела к использованию новых видов топлива, в частности к строительству атомных электростанций (АЭС).

Но на атомных электростанциях встают другие проблемы: захоронение опасных радиоактивных отходов, а также проблема безопасности. Это показала катастрофа на Чернобыльской АЭС. При решении экологических проблем, связанных с использованием тепловых машин, важнейшую роль должны играть постоянная экономия всез видов энергии, переход на энергосберегающие технологии.

Раздел 1.3 Электромагнитные явления

Тема 1.3.1 Электрические заряды и их взаимодействие. Электрическое поле. Проводники и изоляторы в электрическом поле.

1. Общее сведение.

2. Электронизация тел при их контакте.

3. Электрические заряды.

4. Электрическое поле.

5. Проводники и изоляторы в электрическом поле.

1. Еще в древности было замечено, что два потертых тряпочкой кусочка янтаря начинают отталкиваться друг от друга. Такое взаимодействие в отличии от механического назвали электрическим (от греч. «электрон» - янтарь).

Ознакомимся с этим явлением на примере следующего эксперимента. Пусть два стержня из пластмассы установлены на иглах, на которых они могут свободно поворачиваться (рис. 8.1).

На одном стержне укреплена хорошо отшлифованная металлическая пластинка, на другом - пластинка из плексигласа, также хорошо отшлифованная. Снимем стержни с игл и приведем пластинки в соприкосновение. Если вновь поставить стержни на иглы и отпустить, то пластинки притянутся друг к другу. Эта сила не является гравитационной, ибо масса тел до и после контакта остается неизменной, а гравитационные силы зависят только от масс тел и расстояния между ними. Следовательно, в данном эксперименте мы встречаемся с другим классом сил, которые называют электрическими.

Если между телами действует

электрическая сила, то говорят,

что тела имеют электрический

заряд. Явление перераспределения

зарядов на телах называют

электризацией. Примерами

электризации служат описанные выше опыты с янтарем, а также с плексигласовой и металлической пластинами.

2. Если проделать опыты с двумя металлическими и двумя плексигласовыми пластинами, то окажется, что при контакте электризуются пластины только из разных веществ, причем разнородные пластины притягиваются, из одинаковых веществ - отталкиваются. Это свидетельствует о том, что, во-первых, при контакте электризуются оба тела и, во-вторых, что существуют электрические заряды двух разных родов.

3. Известно, что две величины в сумме дают нуль, если они имеют одинаковые модули и противоположные знаки. На основании этого алгебраического правила условились обозначать электрические заряды с противоположными свойствами приписывать разные знаки: плюс и минус. Тела или частицы с электрическими зарядами одинакового знака отталкиваются друг от друга, а с зарядами противоположного знака притягиваются.

Условились в том случае, когда стеклянная палочка контактирует с шелком, заряд палочки считать положительным, а заряд шелка - отрицательным. Таким образом, если наэлектризованные тела или частицы притягиваются к стеклянной палочке, потертой о шелк, то они заражены отрицательно, а если отталкиваются - положительно.

Обычно при контакте металлов с неметаллами первые заряжаются положительно, а вторые - отрицательно.

4. Наэлектризовать можно все тела: не только твердые, но и жидкости и газы. Так, если подвешенный к динамометру твердый металлический шарик опустить в керосин, а затем вынуть и удерживать над поверхностью жидкости, то показание динамометра будет несколько большим, чем до контакта шарика с жидкостью. При контакте шарика с жидкостью происходит их электризация, вследствие чего возникает дополнительная к силе тяжести электрическая сила.

Электризацию газа можно наблюдать на следующем опыте: если в колбу насыпать медные опилки, а затем налить азотную кислоту, то выделяющийся из колбы через узкую трубку газообразный диоксид азота, имеющий бурый цвет, отклоняется в присутствие наэлектризованного тела.

5. Явление отталкивания одноименно заряженных тел можно наблюдать с помощью электроскопа (рис.8.2, а). Металлический стержень, к которому прикреплены два свободно висящих металлических листка, вставлен через пластмассовую пробку в металлический -корпус.

Если коснуться заряженным телом стержня, то листки, зарядившись одноименно, отталкиваются друг от друга и отклоняются на некоторый угол, тем больший, чем сильней.

При другой конструкции электроскопа (рис.8.2,6) наблюдают поворот легкой стрелки, которая, зарядившись одноименно со стержнем, отталкивается от него. И здесь угол отклонения стрелки зависит от степени электризации стержня и стрелки, т.е. зависит от величины заряда на стержне и стрелке. Такой электроскоп с заземленным корпусом называют электрометром.

6 .Изучение явления электризации наряду с рядом других фундаментальных экспериментов, рассмотренных в начальном курсе физики, позволило сформировать основные представления о строении вещества. Оказалось, что в природе существует ряд микрочастиц с зарядами противоположных знаков. Наиболее известные из этих частиц - это электрон массой 9,1*10~ 31 кг и протон, масса которого в 1845 раз больше массы электрона. Электрон заряжен отрицательно, а протон - положительно, причем модули зарядов протона и электрона в точности равны.

Так как из электронов и протонов построены атомы вещества, то электрические заряды органически входят в состав всех тел. Электроны и протоны входят в состав атома в таких количествах, что их заряды компенсируют друг друга и атом оказывается электронейтральным. Точно так же электронейтральными оказываются макроскопические тела, состоящие из огромного числа атомов и молекул.

7 .Опыт показал, что заряд электрона е представляет собой наименьший известный в настоящее время в природе заряд, который может нести на себе тело или отдельная свободная частица. Поэтому его назвали элементарным зарядом. Таким образом, макроскопический заряд тела кратен заряду электрона и может принимать значения 0, +е, +2е, +3е,... В этом случае говорят, что заряд квантуется (иными словами, принимает дискретные значения).

В макроскопических явлениях число электронов на заряженных телах велико, а заряд каждого электрона настолько мал по сравнению с макроскопическими изменениями заряда, что дискретностью электронного заряда можно пренебречь и считать изменение заряда непрерывным.

8 .Современная теория строения вещества дает возможность объяснить целый ряд наблюдаемых на опыте явлений. Так, электризация контактирующих тел различной природы объясняется на основе электронных представлений. Как известно, атом состоит из продолжительного заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов. Оказывается, атомы некоторых веществ (например, водорода или металлов) легко отдают электрон другим атомам, а атомы таких веществ, как фтор, хлор и другие неметаллы, легко присоединяют к себе лишний электрон. Поэтому при контакте двух тел обычно одно из них теряет электроны и тем самым заряжается положительно; втрое тело присоединяет к себе лишние электроны и заряжается отрицательно. Чем больше площадь контакта между этими телами, тем больше электронов сможет перейти от одного тела к другому, и тем больший электрический заряд мы обнаружим на них.

Следствием действия электрических сил является сила упругости, о которой шла речь в 2.3.

9 .По электрическим свойствам все тела можно разбить на три обширные группы

Проводники, к которым относят металлы, расплавы и растворы электролитов, графит; все эти вещества содержат много свободных электронов или ионов и потому хорошо проводят электрический ток;

Полупроводники, к которым относят германий, кремний, селен и ряд

других веществ;

Диэлектрики или изоляторы, например, стекло, фарфор, кварц, плексиглас, резина, дистиллированная вода, керосин, масло растительное, а так же все газы.

Указанное разделение веществ весьма условно, ибо в зависимости от внешних условий свойства вещества могут существенно изменяться. Например, если разогреть такой хороший диэлектрик, как стекло, то он превращается в проводник. При очень высоких температурах или при радиоактивном облучении газы также становятся хорошими проводниками.

Электрические поля.

По современным физическим представлениям, начало которым было положено работами М. Фарадея и Дж. Максвелла, электрическое взаимодействие осуществляется по схеме «заряд - поле - заряд»: с каждым зарядом связано электрическое поле, которое действует на все остальные заряженные частицы.

Электрическое поле материально. Оно существует независимо от нашего сознания и может быть обнаружено по его воздействию на физические объекты, например на измерительные приборы, что является одним из его основных свойств.

Электрические поля неподвижных зарядов называют электростатическими. Силовой количественной характеристикой электрического поля является векторная величина, называемая напряженностью электрического поля:

Напряженность поля - физическая величина, численно равная отношению силы F, действующей в данной точке поля на пробный положительный

заряд q, к этому заряду. Пробный заряд должен быть столь малым, чтобы его собственное поле не искажало исследуемого поля, созданного не пробным, а другими зарядами. В качестве пробного заряда можно использовать подвешенный на шелковой нити маленький заряженный шарик. Сила, действующая на него, может определяться по углу отклонения нити от вертикального направления.

Направление вектора напряженности, как это видно из определения E=f/q, совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Согласно определению, единицей напряженности электрического поля является ньютон на кулон (Н/Кл).

Если известна напряженность поля заряженного тела, то всегда можно найти силу, действующую на заряд, находящийся в данном поле. 10.Электрическое поле представляет с собой особый вид материи, отличающиеся от вещества и существующий вокруг любых заряженных тел.

Ни увидеть его, ни потрогать невозможно. О существовании электрического поля можно судить лишь по его действиям.

Простые опыты позволяют установить основные свойства электрического поля.

1 .Электрическое поле заряженного тела действует с некоторой силой на всякое другое заряженное тело, оказавшееся в этом поле.

Об этом свидетельствуют все опыты по взаимодействию заряженных тел. Так, например, заряженная гильза, оказавшаяся в электрическом поле наэлектризованной палочки, подвергалось действию силы притяжения к ней.

2 .Вблизи заряженных тел создаваемое ими поле сильнее, а в дали слабее.

Силу, с которой электрическое поле действует на заряженное тело (или частицу), называют электрической силой:

F эл - электрическая сила.

Под действием этой силы частица, оказавшаяся в электрическом поле,

приобретает ускорение α ,которая можно определить с помощью второго

закона Ньютона: α=F/m

где т - масса данной частицы.

Со времен Фарадея для графического изображения электрического поля принято использовать силовые линии.

Контрольные вопросы

1. Что называют электризацией?

2.Одно или оба тела электризуются при трении?

3. Какие два рода электрических зарядов существует в природе? Привести примеры.

Тема 1.3.2: Постоянный электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление.

1. Постоянный электрический ток.

2. Сила тока.

3. Электрическое напряжение.

4. Электрическое сопротивление.

1.Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Электрический ток, характеристики которого не изменяются со временем, называют постоянным током. Направлением электрического тока условились считать направление положительных зарядов.

Для существования электрического тока в веществе необходимо выполнение следующих двух условий:

1) в веществе должны иметься свободные заряженные частицы, т.е. такие частицы, которые могут свободно перемещаться по всему объему тела (иначе их называют носителями тока).

2) на эти частицы должна действовать некоторая сила, заставляющая их двигаться в определенном направлении.

Оба эти условия будут выполнены, если, например, взять металлический проводник и создать в нем электрическое поле. Носителям тока в металлах являются свободные электроны. Под действием электрического поля движение свободных электронов в металле примет упорядоченный характер, что и будет означать появление в проводнике электрического тока.

2.Сила тока. Времена, когда ток обнаруживался с помощью личных ощущений ученых, пропускавших его через себя, давно миновали. "Теперь для этого применяют специальные приборы, называемые амперметрами.

Амперметр-это прибор, служащий для измерения силы тока. Что понимают под силой тока? Обратимся к рисунку 21, б.

На нем выделено поперечное сечение проводника, через которое проходят

заряженные частицы при наличии в проводнике электрического тока. В металлическом проводнике этими частицами являются свободные электроны. В процессе своего движения вдоль проводника электроны переносят некоторый заряд. Чем больше электронов и чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет им перенесен за одно и тоже время.

Силой тока называется физическая величина, показывающая какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за 1 с.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока - величина, равная отношению заряда, который переноситься через поперечное сечение проводника за промежуток времени t, к этому промежутку:

Чтобы найти силу тока I, надо электрический заряд q, прошедшее через поперечное сечение проводника за время t, разделить на это время:

Единица силы тока называется ампером (А). Если сила тока I известна, то можно найти заряд q, проходящий через сечение проводника за время t. Для этого надо силу тока умножить на время:

Полученное выражение позволяет определить единицу электрического заряда - кулон (Кл):

1 Кл = 1 А.1с=1 А. с

1 Кл - это заряд, который проходит за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Величину, равную отношению полной работы, совершаемой при перемещении заряда на неоднородном участке цепи, называют напряжением да данном участке:

Единица электрического напряжения называют вольтом (В). 1В=1Дж/1Кл. Электрическое сопротивление . Основная электрическая характеристика проводника - сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. Сопротивление проводника представляете собой как бы меру противодействия проводника направленному движению электрических зарядов. С помощью закона Ома можно определить сопротивление проводника:

Для этого нужно измерить напряжение на концах проводника и силу тока через него.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров. Сопротивление проводника длиной Lс постоянной площадью поперечного сечения Sравно:

R=p(l/s)

где р - величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь). Величину р называют удельным сопротивлением проводника. Удельное сопротивление материала численно равно сопротивлению проводника из этого материала длиной 1м и площадь поперечного сечения 1м 2 .

Единицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома и называют ее Омом. Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при разности потенциалов 1В сила тока в нем 1 А.

Единицей удельного сопротивления является 1 Ом * м. Удельное сопротивление металлов мало. А вот диэлектрики обладают очень большим удельным сопротивлением.

Контрольные вопросы.

1.Дайте понятие об постоянном электрическом токе?

2.Что такое сила тока?

З.Дайте определение напряженности электрического поля.

4.Что такое удельное сопротивление проводника. В каких единицах измеряется.

Дополнительный материал к уроку

Тепловые двигатели и экология.

Непрерывное развитие энергетики, автомобильного и других видов транспорта, возрастание потребления угля, нефти и газа в промышленности и на бытовые нужды увеличивает возможности удовлетворения жизненных потребностей человека. Однако в настоящее время количество ежегодно сжигаемого в различных тепловых машинах химического топлива настолько велико, что все более сложной проблемой становится охрана природы от вредного влияния продуктов сгорания. Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду“связано с действием различных факторов.

Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В атмосфере Земли в настоящее время содержится около 2600 млрд. тонн углекислого газа (около 0,033%). До периода бурного развития энергетики и транспорта количество углекислого газа, поглощаемого из атмосферы при фотосинтезе растениями и растворяемого в океане, было равно количеству углекислого газа, выделяемого при дыхании и гниении. В последние десятилетия этот баланс все в большей степени стал нарушаться. В настоящее время за счет сжигания угля, нефти, и газа в атмосферу Земли ежегодно поступает дополнительно около 20 млрд. тонн углекислого газа. Это приводит к повышению концентрации углекислого газа в атмосфере Земли. Молекулы оксида углерода способны поглощать инфракрасное излучение. Поэтому увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере изменяет прозрачность. Дальнейшее существенное увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к повышению ее температуры ("парниковый эффект"). Производство электрической и механической энергии не может быть осуществимо без отвода в окружающую среду количества теплоты, что приводит к повышению температуры на Земле и создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана.

В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. Особенно существенно это загрязнение в крупных городах и промышленных центрах. Более половины всех загрязнений атмосферы создает транспорт. Кроме оксида углерода и соединений азота, автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2-3 млн. тонн свинца.

Автомобильные двигатели играют решающую роль в загрязнении атмосферы в городах, 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 дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки и испытания автомобилей , в которых вместо бензиновых двигателей применяют электродвигатели, питающиеся от аккумуляторов, или двигатели, использующие в качестве топлива водород . В последнем типе двигателя при сгорании водорода образуется вода, но и здесь возникает масса технических проблем. Вопросы окружающей среды становятся все более определяющими для дальнейшего развития теплоэнергетики . Организация охраны окружающей среды требует усилий в масштабе всего земного шара.

Газовая турбина.

Все более широкое применение в современном транспорте получают газотурбинные двигатели. Газотурбинная установка состоит из воздушного компрессора 1, камер сгорания 2 и газовой турбины 3 (рис. 119). Компрессор состоит из ротора, укрепленного на одной оси с турбиной, и неподвижного направляющего аппарата.

При работе турбины ротор компрессора вращается. Лопатки ротора имеют такую форму, что при их вращении давление перед компрессором понижается, а за ним повышается. Воздух засасывается в компрессор, несколько ступеней лопаток компрессора обеспечивают повышение давления воздуха в 5-7 раз.

Процесс сжатия протекает адиабатно, поэтому температура воздуха повышается до температуры 200 °С и более.

Сжатый воздух поступает в камеру сгорания. Одновременно через форсунку в нее впрыскивается под большим давлением жидкое топливо - керосин, мазут.

При горении топлива воздух, служащий рабочим телом, получает некоторое количество тепла и нагревается до температуры °С. Нагревание воздуха происходит при постоянном давлении, поэтому воздух расширяется, и скорость его движения увеличивается.

Движущийся с большой скоростью воздух и продукты горения направляются в турбину. Переходя от ступени к ступени, они отдают свою кинетическую энергию лопаткам турбины. Часть полученной турбиной энергии расходуется на вращение компрессора, а остальная используется для вращения винта самолета, винта морского корабля или колес автомобиля.

Реактивный двигатель.

Вместо вращения винта самолета, теплохода или ротора электрогенератора газовая турбина может быть использована как реактивный двигатель. Воздух и продукты горения выбрасываются из газовой турбины с большой скоростью. Реактивная сила тяги, возникшая при этом, может быть использована для движения самолета, теплохода или железнодорожного транспорта .

Основное отличие реактивного двигателя заключается в том, что газовая турбина используется лишь для приведения в действие воздушного компрессора и отнимает небольшую часть струи, выходящей из камеры сгорания. В результате газовая струя имеет на выходе из турбины высокую скорость и создаёт реактивную силу тяги.

Турбореактивными двигателями оборудованы известные всему миру самолеты ИЛ-62, ТУ-154.

Паровая машина.

История создания паровой машины представляет огромный интерес. Эта машина, с одной стороны, произвела подлинную революцию в развитии производства, с другой в работе над этим великим изобретением впервые проявилось единство теории и практики науки и производства. Так, в 1769 г. лаборант университета в Глазго Дж. Уатт () изобрел паровую машину. Продолжая работать над ее усовершенствованием, он в 1784 г. создал паровую машину двойного действия, в которой пар, расширяясь, оказывал давление то на одну, то на другую сторону поршня. Это была подлинно универсальная машина, применяемая в самых различных областях производства, а впоследствии с некоторыми усовершенствованиями и на транспорте.

В России изобретателем паровой машины стал Иван Иванович Ползунов. Постройка его машины была закончена в августе 1766 г. Она имела высоту 11 м, ёмкость котла 7 м3, высоту цилиндров 2,8 м, мощность 29 кВт. В отличие от предшествующих машин, работающих рывками и выполнявших только роль водоподъёмных насосов, машина Ползунова создавала непрерывное усилие и была первой машиной, которую можно было применить для приведения в движение любых заводских механизмов. Первые паровозы перемещались благодаря созданию паровой машины, а точнее, паровых котлов.

Первые паровозы.

Внедрение паровых котлов и машин в производство имело не толы несомненные достоинства, но и недостатки. Неполадки в котлах приводили к их частым взрывам и человеческим жертвам. Несомненно, это тормозило развитие отрасли, но процесс развития продолжался.

Знаменательной вехой в развитии паровых машин является 1770 года, когда французский инженер Ж. Кюньо построил первую самодвижущую тележку (лафет) для перевозки тяжелых орудий. Она приводилась в движение за счет энергии пара. Конечно, она была несовершенна и громоздка, w, КПД был очень мал.

Далее паровые котлы стали устанавливать на дилижансах для перевозки грузов и пассажиров. Трагедии, которые случались при эксплуатации дилижансов и паровых автомобилей, тормозили внедрение паровых маши* но остановить развитие паровых машин уже было нельзя. Паровые маши” не могли развивать скорости более 10 км/ч.

Логическим продолжением развития паровых котлов явилось создание в 1803 году первого паровоза. Его построил англичанин Ричард Тревитик. Первая модель была неудачна, так как на конной чугунной дороге паровоз ломал рельсы.

Вторая модель уже развивала скорость до 30 км/ч. Но и эта модель лишь применялась для демонстрации перевозок. Широкого применения эти модели не получили прежде всего из-за непонимания большинством промышленников выгоды от этих устройств. Господствовало убеждение, что |паровоз не сможет тянуть состав, вес которого больше веса паровоза. Перелом в развитии железнодорожного транспорта наступил в 1823 году, когда английский инженер Джордж Стефенсон построил первый паровозостроительный завод. Лучшие модели паровозов Стефенсона развивали скорость до 50 км/ч. В России первый паровоз изобрели и построили в 1834 г. мастера Черепановы.

Ефим Алексеевич Черепанов () Мирон Ефимович Черепанов ()

Ефим Алексеевич и Мирон Ефимович Черепановы отец и сын – замёчательные русские изобретатели-самоучки. Они были крепостными уральских горнозаводчиков Демидовых. Лишь на 60-м году жизни отец и 33 года сын получили вольную за изобретательскую деятельность. Талантливых механиков их хозяева горнозаводчики Демидовы направляли для ознакомления с достижениями техники в Петербург и за рубеж - в Швецию, Англию.

Русские самоучки успешно переняли там передовой технический опыт, изучали технические новинки. Полученный опыт и природный талант позволили Черепановым изготовить более 20 оригинальных паровых ламп разной мощностью, создать уникальные станки – токарный, винторезный и другие.

Но самым замечательным делом Ефима Алексеевича и Мирона Ефимовича Черепановых стало строительство первой отечественной железной дороги и самых первых в мире паровозов.

Скорость первого “сухопутного парохода” - паровоза, построение 1834 г., была 15 км/ч. Но именно с этого паровоза и с этой дороги начинается история железнодорожного транспорта в нашей стране.

Лишь ближе к середине XX века на смену паровозам стали приходить тепловозы и электровозы.

В тепловозах вместо паровых машин стали применять двигатели внутреннего сгорания, а на электровозах - электрические двигатели.

Сейчас созданы и более совершенные и экономичные модели тепловозов и электровозов.

«Тепловые двигатели и проблемы экологии».

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КРИЗИС

«Энергетический кризис», понимаемый как нехватка энергии для развития производства, считается сегодня одной из самых острых проблем цивилизации. Но как согласовать энергетический кризис с законом сохранения энергии: ведь если энергия сохраняется, как ее может не хватать?

Ответ таков: проблема состоит не просто в нехватке энергии, а в нехватке энергии, пригодной для преобразования в механическую энергию.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КРИЗИС. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Вторая, не менее серьезная проблема, стоящая перед человечеством - это «экологический кризис». Огромные масштабы преобразования энергии уже начали оказывать «планетарное» воздействие на климат Земли и состав атмосферы.

Тепловые машины широко используют на производстве и в быту. По железнодорожным магистралям водят составы мощные тепловозы, по водным путям – теплоходы. Миллионы автомобилей с двигателями внутреннего сгорания перевозят грузы и пассажиров. Поршневыми, турбовинтовыми и турбореактивными двигателями снабжены самолеты и вертолеты . С помощью ракетных двигателей осуществляются запуски искусственных спутников, космических кораблей и станций. Двигатели внутреннего сгорания являются основой механизации производственных процессов в сельском хозяйстве . Их устанавливают на тракторах, комбайнах, самоходных шасси, насосных станциях.

КАК ВЛИЯЮТ ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ?

При работе тепловых двигателей в качестве холодильника используется окружающая среда (атмосферный воздух и вода открытых водоемов), в результате чего происходит повышение температуры окружающей среды, называемое «тепловым загрязнением».

Этот эффект усиливается тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в земной атмосфере. А при большой концентрации углекислого газа атмосфера плохо пропускает тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли, что приводит к «парниковому эффекту». В результате описанных процессов средняя температура на Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Это грозит глобальным потеплением с нежелательными последствиями, к числу которых относятся таяние ледников и подъем уровня мирового океана.

Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется атмосферный кислород (в наиболее развитых странах тепловые двигатели уже сегодня потребляют больше кислорода, чем вырабатывается всеми растениями, растущими в этих странах) и образуется много вредных веществ, загрязняющих атмосферу.

Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу эквивалентные количества оксида углерода (углекислого газа). Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно более 200 млн. т золы и более 60 млн. т оксида серы.

Кроме промышленности, воздух загрязняют и различные виды транспорта, прежде всего автомобильный. Жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей.

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Во всех странах мира с развитой промышленностью ведутся работы, направленные на снижение и ликвидацию последствий загрязнения воздуха. Основные усилия направлены на предупреждение выбросов загрязнений в атмосферу. На всех действующих и новых теплоцентралях и тепловых электростанциях устанавливают газоочистное и пылеулавливающее оборудование. Предпринимаются меры по рациональному размещению тепловых электростанций.

Интенсивные работы ведутся по снижению загрязнения воздуха выхлопными газами автомобильных двигателей. Наиболее перспективными считаются электромобили и автомобили с двигателями, работающими на водороде. Продуктом сгорания в водородном двигателе является обычная вода.

Чтобы уменьшить негативные последствия работы тепловых двигателей, действуют в двух направлениях: с одной стороны, совершенствуют эти двигатели, повышая их КПД и уменьшая выброс вредных веществ, с другой стороны - используют энергосберегающие технологии.

В странах, где эти технологии разрабатываются и применяются, потребление энергии на производство той же самой продукции в несколько раз ниже, чем в странах, которые только сейчас начинают уделять внимание энергосберегающим технологиям.