«Осенний фестиваль знаний 2024»

Технологическая карта урока по физике 8 класс по теме "Двигатели внутренного сгорания.Экологические последствия работы двигателя внутреннего сгорания"

Демонстрация (с использованием ТСО) различных транспортных средств: реактивный двигатель, паровую машину, паровоз, самолет, легковой автомобиль.

Совместно с учащимися сформулировать тему урока

Демонстрация моделей двухтактного, четырехтактного двигателя и паровой турбины

Показывает иллюстрации двигателей.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Учитель выступает организатором дискуссии «Экологические последствия работы двигателя внутреннего сгорания».

Закрепление понятийной базы, формирование у учащихся способностей к структурированию и систематизации изучаемого предметного содержания.

Олимпиады: Физика 7 - 11 классы

Содержимое разработки

Экологические последствия работы двигателя внутреннего сгорания. Альтернативные транспортные средства

Экологические последствия работы двигателя внутреннего сгорания. Альтернативные транспортные средства

План Что такое тепловой двигатель, двигатель внутреннего сгорания История создания теплового двигателя Современные виды двигателей внутреннего сгорания Экологические проблемы Способы решения экологических проблем

План

  • Что такое тепловой двигатель, двигатель внутреннего сгорания
  • История создания теплового двигателя
  • Современные виды двигателей внутреннего сгорания
  • Экологические проблемы
  • Способы решения экологических проблем

Тепловым двигателем  называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию

Тепловым двигателем

называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию

Виды современных тепловых двигателей: Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) Газотурбинные Ракетные Ядерные

Виды современных тепловых двигателей:

  • Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)
  • Газотурбинные
  • Ракетные
  • Ядерные

Двигатель внутреннего сгорания Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.  По сравнению с паромашинной установкой двигатель внутреннего сгорания принципиально проще : • нет парокотельного агрегата. • компактнее • легче • экономичнее • требует жидкое топливо лучшего качества.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

По сравнению с паромашинной установкой двигатель внутреннего сгорания принципиально проще :

нет парокотельного агрегата.

компактнее

легче

экономичнее

требует жидкое топливо лучшего качества.

РАЗЛИЧАЮТ ДВС: Бензиновые  Бензиновые карбюраторные;  Бензиновые инжекторные; Дизельные, с воспламенением от сжатия; Газовые; Газодизельные; Роторно-поршневой; Комбинированный двигатель внутреннего сгорания.  По способу осуществления рабочего цикла : • четырехтактные • двухтактные   По числу цилиндров : • одноцилиндровые • двухцилиндровые • многоцилиндровые

РАЗЛИЧАЮТ ДВС:

  • Бензиновые
  • Бензиновые карбюраторные;
  • Бензиновые инжекторные;
  • Дизельные, с воспламенением от сжатия;
  • Газовые;
  • Газодизельные;
  • Роторно-поршневой;
  • Комбинированный двигатель внутреннего сгорания.

По способу осуществления рабочего цикла :

четырехтактные

двухтактные

По числу цилиндров :

одноцилиндровые

двухцилиндровые

многоцилиндровые

Газотурбинный двигатель:  Газотурбинный двигатель (ГТД) - тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс ГТД может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объёме.  Газовые турбины используются в кораблях, локомотивах и танках. Множество экспериментов проводилось с автомобилями, оснащенными газовыми турбинами.

Газотурбинный двигатель:

Газотурбинный двигатель (ГТД) - тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс ГТД может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объёме.

Газовые турбины используются в кораблях, локомотивах и танках. Множество экспериментов проводилось с автомобилями, оснащенными газовыми турбинами.

Ракетный двигатель  Ракетный двигатель (РД) - реактивный двигатель, использующий для своей работы только вещества и источники энергии, имеющиеся в запасе на перемещающемся аппарате (летательном, наземном, подводном). Т. о., в отличие от воздушно-реактивных двигателей, для работы РД не требуется окружающая среда (воздух, вода).

Ракетный двигатель

Ракетный двигатель (РД) - реактивный двигатель, использующий для своей работы только вещества и источники энергии, имеющиеся в запасе на перемещающемся аппарате (летательном, наземном, подводном). Т. о., в отличие от воздушно-реактивных двигателей, для работы РД не требуется окружающая среда (воздух, вода).

Ядерный двигатель  Ядерный двигатель использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.  Традиционный ЯД в целом представляет собой конструкцию из ядерного реактора и собственно двигателя. Рабочее тело (чаще - аммиак или водород) подаётся из бака в активную зону реактора где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.

Ядерный двигатель

Ядерный двигатель использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯД в целом представляет собой конструкцию из ядерного реактора и собственно двигателя. Рабочее тело (чаще - аммиак или водород) подаётся из бака в активную зону реактора где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.

Экологическая обстановка  Загрязнение от тепловых двигателей:  - Химическое Радиоактивное Тепловое КПД тепловых двигателей менее 40%, вследствие чего более 60% теплоты двигатель отдает холодильнику. При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, азотных, серных и других соединений

Экологическая обстановка

Загрязнение от тепловых двигателей:

- Химическое

  • Радиоактивное
  • Тепловое

КПД тепловых двигателей менее 40%, вследствие чего более 60% теплоты двигатель отдает холодильнику.

При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, азотных, серных и других соединений

Влияние на человека и окружающую среду

Влияние на человека и окружающую среду

  • Вибрации, резонансные колебания негативно влияют на внутренние органы и психику;
  • Угарный газ, наличие смертельных исходов;
  • Загрязнение воды, рек, озер при мытье и со стоком;
  • Низкий КПД из-за потерь тепла, усиливает парниковый эффект;
  • Негативно влияют на растительный и животный мир, вызывая мутации, губят грибы, ягоды, коллективные сады;
  • Продукты жизнедеятельности двигателей делают почву нежизнеспособной;
  • Выхлопы вызывают раковые заболевания;
  • Выхлопы способствуют токсикомании, ведущей к деградации;
  • Истощение природных ресурсов, их сжигание вместо тонкой переработки.
Меры предотвращения загрязнений среды

Меры предотвращения загрязнений среды

  • Снижение вредных выбросов
  • Контроль за выхлопными газами, модификация фильтров
  • Совершенствование имеющихся конструкций тепловых двигателей
  • Использование альтернативных видов топлива
1. Электромобили  Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов и трамваев.

1. Электромобили

Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов и трамваев.

Достоинства электромобиля Отсутствие вредных выхлопов; Более высокая экологичность; Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег, дешевизна; Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии; Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии; отсутствие необходимости в переключении передач); Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства; Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время; Меньший шум; Возможность торможения самим электродвигателем без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов; Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет легко реализовать систему поворота всех четырех колес, вплоть до положения перпендикулярного кузову электромобиля.

Достоинства электромобиля

  • Отсутствие вредных выхлопов;
  • Более высокая экологичность;
  • Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег, дешевизна;
  • Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии;
  • Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии; отсутствие необходимости в переключении передач);
  • Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства;
  • Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время;
  • Меньший шум;
  • Возможность торможения самим электродвигателем без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов;
  • Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет легко реализовать систему поворота всех четырех колес, вплоть до положения перпендикулярного кузову электромобиля.

Недостатки электромобиля

Недостатки электромобиля

  • Имеющиеся высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов , либо работают при слишком высоких температурах;
  • При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии;
  • Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты и кислоты;
  • Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей ;
  • Для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции);
  • При массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей ;
  • Длительное время зарядки аккумуляторов;
  • Малый пробег от одного заряда;
  • Ухудшение характеристик батарей на холоде.
2. Природный газ представляет собой альтернативный вид топлива, которое полностью сгорает и уже сейчас повсеместно доступно потребителям многих стран за счет снабжения природным газом домов и производственных объектов. При использовании в транспортных средствах, работающих на природном газе (автомобилях и грузовиках со специально спроектированными двигателями), природный газ дает значительно меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо.

2. Природный газ

представляет собой альтернативный вид топлива, которое полностью сгорает и уже сейчас повсеместно доступно потребителям многих стран за счет снабжения природным газом домов и производственных объектов. При использовании в транспортных средствах, работающих на природном газе (автомобилях и грузовиках со специально спроектированными двигателями), природный газ дает значительно меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо.

« + » и « - » природного газа +Газ дешевле, чем бензин или дизельное топливо + Долгая служба двигателя + Экологичность +Мобильность +Пожаробезопасность - Малое количество заправок и сервисов по ремонту - Снижение мощности и динамических характеристик автомобиля - Невозможность использования при низких температурах и особое внимание при высоких - Увеличение веса автомобиля и ограничение объёма багажного отделения - Опасность утечки газа +

« + » и « - » природного газа

+Газ дешевле, чем бензин или дизельное топливо

+ Долгая служба двигателя

+ Экологичность

+Мобильность

+Пожаробезопасность

- Малое количество заправок и сервисов по ремонту

- Снижение мощности и динамических характеристик автомобиля

- Невозможность использования при низких температурах и особое внимание при высоких

- Увеличение веса автомобиля и ограничение объёма багажного отделения

- Опасность утечки газа

+

3. Водород Водород  можно смешивать с природным газом для создания альтернативного вида топлива для транспортных средств, в которых используются некоторые виды двигателей внутреннего сгорания. Водород также используется в транспортных средствах с топливными элементами, работающими на электричестве, вырабатываемом в результате реакции, которая происходит при соединении водорода и кислорода в топливной ячейке. «+»: Экологичность, высокая температура горения  «-»: Отсутствие инфраструктуры при активных разработках

3. Водород

Водород можно смешивать с природным газом для создания альтернативного вида топлива для транспортных средств, в которых используются некоторые виды двигателей внутреннего сгорания. Водород также используется в транспортных средствах с топливными элементами, работающими на электричестве, вырабатываемом в результате реакции, которая происходит при соединении водорода и кислорода в топливной ячейке.

«+»: Экологичность, высокая температура горения «-»: Отсутствие инфраструктуры при активных разработках

4. Пропан Пропан, также называемый сжиженным нефтяным газом, представляет собой побочный продукт переработки природного газа или сырой нефти. Он уже широко используется в качестве топлива при приготовлении пищи и для отопления; пропан также является распространенным альтернативным видом топлива для транспортных средств. При использовании пропана производится меньше вредных выбросов в атмосферу, чем при использовании бензина, кроме того, имеется высокоразвитая инфраструктура для транспортировки, хранения и распространения пропана. «+»: Нетоксичность, высокое октановое число, оснащённость инфраструктурой АЗС «-»: Опасность нахождения баллона под высоким давлением в автомобиле

4. Пропан

Пропан, также называемый сжиженным нефтяным газом, представляет собой побочный продукт переработки природного газа или сырой нефти. Он уже широко используется в качестве топлива при приготовлении пищи и для отопления; пропан также является распространенным альтернативным видом топлива для транспортных средств. При использовании пропана производится меньше вредных выбросов в атмосферу, чем при использовании бензина, кроме того, имеется высокоразвитая инфраструктура для транспортировки, хранения и распространения пропана.

«+»: Нетоксичность, высокое октановое число, оснащённость инфраструктурой АЗС

«-»: Опасность нахождения баллона под высоким давлением в автомобиле

5. Биодизельное топливо Биодизельное топливо представляет собой альтернативный вид топлива на основе растительных масел или животных жиров, даже тех, которые остаются в ресторанах после приготовления пищи. «+»: Двигатели транспортных средств можно модифицировать так, чтобы можно было сжигать биодизельное топливо в чистом виде; биодизельное топливо можно также смешивать с углеводородным дизельным топливом и использовать в неадаптированных двигателях. Биодизельное топливо безопасно, поддается биохимическому разложению и снижает содержание веществ, загрязняющих воздух таких как, твердые примеси, монооксид углерода и углеводороды. «-»: долгого прогревания двигателя зимой; изкий срок хранения (3 месяца)  удорожание сельхозпродуктов в случае широкого потребления биодизеля

5. Биодизельное топливо

Биодизельное топливо представляет собой альтернативный вид топлива на основе растительных масел или животных жиров, даже тех, которые остаются в ресторанах после приготовления пищи.

«+»: Двигатели транспортных средств можно модифицировать так, чтобы можно было сжигать биодизельное топливо в чистом виде; биодизельное топливо можно также смешивать с углеводородным дизельным топливом и использовать в неадаптированных двигателях. Биодизельное топливо безопасно, поддается биохимическому разложению и снижает содержание веществ, загрязняющих воздух таких как, твердые примеси, монооксид углерода и углеводороды.

«-»: долгого прогревания двигателя зимой; изкий срок хранения (3 месяца) удорожание сельхозпродуктов в случае широкого потребления биодизеля

6. Метанол Метанол, также известный, как древесный метиловый спирт, может использоваться в качестве альтернативного вида топлива в транспортных средствах с универсальной топливной системой, которые спроектированы для работы на M85, смеси, содержащей 85% метанола и 15% бензина. Но в наши дни не производят транспортных средств с метаноловыми двигателями. Тем не менее, в будущем метанол может стать важным альтернативным видом топлива в качестве источника водорода, который необходим для работы топливных элементов.

6. Метанол

Метанол, также известный, как древесный метиловый спирт, может использоваться в качестве альтернативного вида топлива в транспортных средствах с универсальной топливной системой, которые спроектированы для работы на M85, смеси, содержащей 85% метанола и 15% бензина. Но в наши дни не производят транспортных средств с метаноловыми двигателями. Тем не менее, в будущем метанол может стать важным альтернативным видом топлива в качестве источника водорода, который необходим для работы топливных элементов.

7. Этанол Этанол  (еще называется этиловым спиртом или хлебным спиртом) представляет собой альтернативный вид топлива, его можно смешивать с бензином для получения топлива с более высоким октановым числом и меньшим содержанием вредных веществ в выбросах по сравнению с чистым бензином. Этанол производится за счет брожения зерновых продуктов таких как: кукуруза, ячмень или пшеница; и дистилляции. Также его можно производить из многих видов трав и деревьев, хотя здесь технология будет более сложной, в таком случае эго называют биоэтанолом.  В соответствии с Законом об энергетической политике от 1992 г. смеси, содержащие не менее 85% этанола, считаются альтернативными видами топлива. «+»: Хорошая возгораемость «-»: Практически невозможность использования зимой, удорожание сельхоз-продуктов в случае широкого потребления этанола. В странах, где нефть не добывается, использовать этанол невыгодно

7. Этанол

Этанол (еще называется этиловым спиртом или хлебным спиртом) представляет собой альтернативный вид топлива, его можно смешивать с бензином для получения топлива с более высоким октановым числом и меньшим содержанием вредных веществ в выбросах по сравнению с чистым бензином. Этанол производится за счет брожения зерновых продуктов таких как: кукуруза, ячмень или пшеница; и дистилляции. Также его можно производить из многих видов трав и деревьев, хотя здесь технология будет более сложной, в таком случае эго называют биоэтанолом. В соответствии с Законом об энергетической политике от 1992 г. смеси, содержащие не менее 85% этанола, считаются альтернативными видами топлива.

«+»: Хорошая возгораемость

«-»: Практически невозможность использования зимой, удорожание сельхоз-продуктов в случае широкого потребления этанола. В странах, где нефть не добывается, использовать этанол невыгодно

8. Виды топлива серии P  Топливо серии P представляет собой смесь этанола, газоконденсатной жидкости и метилтетрагидрофурана, вспомогательного растворителя, полученного из биомассы. Виды топлива серии P представляют собой прозрачные альтернативные виды топлива с высоким октановым числом, которые можно использовать в транспортных средствах с универсальной топливной системой. Топлива серии P можно использовать в чистом виде или в смеси с бензином в любом соотношении путем простого добавления бензина в бак.

8. Виды топлива серии P

Топливо серии P представляет собой смесь этанола, газоконденсатной жидкости и метилтетрагидрофурана, вспомогательного растворителя, полученного из биомассы. Виды топлива серии P представляют собой прозрачные альтернативные виды топлива с высоким октановым числом, которые можно использовать в транспортных средствах с универсальной топливной системой. Топлива серии P можно использовать в чистом виде или в смеси с бензином в любом соотношении путем простого добавления бензина в бак.

9. Простые эфиры  Простые эфиры в качестве топлива имеют то преимущество перед спиртами, что они лучше растворяются в топливах, менее гигроскопичны и менее коррозионно агрессивны. Эфиры традиционно добавляют в автомобильные бензины. В последние годы обозначился интерес к диметоксиметану, диметиловому и диэтиловому эфирам как к компонентам дизельного топлива. В большой степени это объясняется их хорошей воспламеняемостью в двигателе и, следовательно, высокими цетановыми числами.

9. Простые эфиры

Простые эфиры в качестве топлива имеют то преимущество перед спиртами, что они лучше растворяются в топливах, менее гигроскопичны и менее коррозионно агрессивны. Эфиры традиционно добавляют в автомобильные бензины. В последние годы обозначился интерес к диметоксиметану, диметиловому и диэтиловому эфирам как к компонентам дизельного топлива. В большой степени это объясняется их хорошей воспламеняемостью в двигателе и, следовательно, высокими цетановыми числами.

Получите свидетельство о публикации сразу после загрузки работы



Получите бесплатно свидетельство о публикации сразу после добавления разработки


Олимпиады «Осенний фестиваль знаний 2024»

Комплекты учителю



Качественные видеоуроки, тесты и практикумы для вашей удобной работы

Подробнее

Вебинары для учителей



Бесплатное участие и возможность получить свидетельство об участии в вебинаре.


Подробнее