Особенности формирования у учащихся знаний о гибридных двигателях на уроках физики

Рассмотрим принцип его работы.

1 такт: при ходе поршня вниз через впускной клапан в цилиндр засасывается атмосферный воздух (изобара 1-2)

2 такт: при ходе поршня вверх воздух адиабатно сжимается до давления примерно 1,2*106 Па, что ведёт к повышению его температуры в конце такта (2-3) до 500-700 0С. В сжатый раскалённый воздух впрыскивается с помощью топливного насоса и форсунки дизельное топливо, оно воспламеняется (причём горит дольше бензина).

3 такт: образующиеся при горении газы давят на поршень и производят полезную работу во время движения поршня вниз. Давление расширяющегося газа поддерживается приблизительно постоянным (изобара 3-4). По окончании горения впрыснутой порции топлива происходит адиабатное расширение газа (4-5), открывается выпускной клапан, давление падает (изохора 5-6).

4 такт: поршень движется вверх и выталкивает продукты сгорания в атмосферу (изобара 6-7).

Цикл завершён. Полезная работа равна площади заштрихованной фигуры. Видим, что она больше полезной работы карбюраторного двигателя, поэтому больше КПД (35-40%). Дизельные двигатели устанавливаются на тракторах и автомобилях, на речных и морских теплоходах, на дизель - электроходах, тепловозах, электростанциях небольшой мощности.

Вывод:

Исходя из выше изложенного, мы можем сделать следующий вывод: полезная работа Д.Д. выше, чем ДВС; потому КПД ДД (35-40%) а КПД ДВС (25-30%), но у ДВС малая масса, они компактны и приводят в движения автомобили, мотоциклы, моторные лодки, применяются в бензопилах. Масса ДД больше, они громоздки, их устанавливают на тракторах, речных и морских теплоходах, на тепловозах, на электростанциях не большой мощности.

Учитель химии: Мы рассмотрели устройство двигателей внутреннего сгорания. Работа двигателей зависит от видов топлива.

Химики- технологи представляют способы получения топлива. Карбюраторные двигатели работают на бензине. Сырьем для получения бензина служит нефть.

Различают два способа переработки нефти.

Перегонка - физический метод разделения смеси компонентов с различными температурами кипения. При этом нефть разделяют на фракции, где выход бензина составляет 15%. Бензин прямой перегонки нефти представляет собой смесь углеводородов нормального строения, поэтому у него невысокое октановое число( 50- 65 ). Такой бензин не пригоден для использования, его качество повышают при процессах изомеризации или добавления антидетонатора тетраэтилсвинца Pb (C2H5)4 . Но такой бензин очень ядовит действует на нервную систему, вызывает тяжёлые хронические заболевания. В последнее время стали применять новый антидетонатор - марганцевоорганические соединения С2Н5Мn(СО)3 , которое не обладает токсичным действием. При прямой перегонки нефти выделяют и дизельное топливо - соляровое масло (солярка).

Более качественный бензин можно получить путем крекинга мазута. Крекинг-это термическое разложение нефтепродуктов, приводящее к образованию углеводородов с меньшим числом атомов углерода в молекуле. В результате повышается выход бензина на 55%. Различают 2 вида крекинга термический и каталитический. Каталитический крекинг более эффективный - даёт бензин высокого качества, т. е. идёт процесс изомеризации.

Вывод: вид топлива зависит от способа получения.

Учитель физики: Спасибо нашим химикам-технологам. И продолжаем наш разговор о Т.Д. Рассмотрим схему Т.Д. Слово предоставим экологам.

Виды Т.Д. разнообразны, но схема устройства Т.Д одна. Ее можно представить так

Реально КПД= 15 - 40 %. Естественно, возникает вопрос: Почему КПД Т.Д. невысок? Т.Д. работают циклично, то есть газ должен сжиматься и расширяться, график данного процесса можно представить так:

Чтобы соблюдать цикл, отработанный газ надо охладить, затем нагреть и т.д.

Возможно ли это? Чтобы ответить на этот вопрос, в 1824 году французский инженер Сади Карно предлагает идеальную Т.М., у которой в качестве рабочего тела выступает идеальный газ, КПД такой машины рассчитывается по формуле:

КПДmax=((T1-Т2)/Т1)*100% и если Т2=0оК, то КПД=100%=1.

А это невозможно по двум причинам:

1.Т2=0оК - не получено.

2. Для получения низких температур необходима холодильная установка

Поэтому проще не осуществлять замкнутый цикл, а просто отработанный газ выбросить в атмосферу (продукты сгорания, имеющие большую температуру и давление, способные за счет своей внутренней энергии, расширяясь, совершать работу, называются “Рабочим телом”). А это большой недостаток двигателей.

Слово учителя физики: Второй закон термодинамики, открытый Клаузисом, утверждает, что невозможно осуществить периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника (то есть невозможно полностью превратить внутреннюю энергию в механическую, это обусловлено необратимостью тепловых процессов). Как же выйти из затруднительного положения, как защитить атмосферу от загрязнения? Обратимся к экологам.

Учитель химии: действие соединения свинца на живые организмы (опыты) слайды

Эколог: Мы исследовали два вида топлива на содержания соединений свинца. Качественной реакцией на ионы свинца является реакция с ионами йода с образованием желтого осадка. Исследуем этилированный бензин и солярку. Проливаем йодид калия. Результат опыта показывает наличие ионов свинца в первом виде топлива.

А теперь понаблюдаем действий соединений свинца на белки. Приливаем соль свинца к белку, выпадает осадок. Идет процесс денатурации - разрушение структуры белковых молекул.

Человек состоит в основном из белка и разрушительное действие ионов свинца этим опытом наглядно показано.

Выбросы автотранспорта наносит большой вред окружающей среде окружающей среде. Кроме соединений свинца. Коварным является монооксид углерода (угарный газ). Отравление им происходит через дыхательные пути. В легких угарный газ соединяется с гемоглобином крови в 200 -300 раз быстрее, чем кислород. При сильном отравлении человек может погибнуть от кислородного голодания.

Большое количество выбрасываемого газа ведет к образованию парникового эффекта, так как он задерживает тепловое излучение.

Выбросы сернистого газа и оксидов азота способствует возникновению заболеваний дыхательных путей. Соединения азота неблагоприятно влияет на кровь и кровеносные сосуды.

Неорганические соединения свинца нарушают обмен веществ, у детей вызывает умственную отсталость, заболевания мозга.

Альтернативное топливо

Возрастающий интерес к дизельному двигателю связан не только с проблемой удешевления эксплуатации автомобилей, но и в основном с тем, что использование дизельных двигателей уменьшает загрязнения окружающей среды.

В некоторых городах появились “Икарусы” с двумя баллонами. Они работают на особом виде горючего- смеси дизельного топлива и природного газа.

Природный газ дешевле бензина, лучше смешивается с воздухом, поэтому он полнее сгорает, а значит и вредных веществ в отработанных газах меньше.

В последнее время стали использовать в качестве топлива этиловый спирт (этанол), который при сгорании образует только углекислый газ и воду.

Наиболее экологически видом топлива является водород. Он не ядовит и при сгорании образует только воду, экологически чистое вещество.

При сгорании 1 моль водорода выделяется в три раза больше тепла, чем при сгорании такого же количества бензина.

Водород - топливо будущего.

Используя сельскохозяйственные отходы, канализационные и промышленные стоки, можно получить в виде метана (СН4). При его сгорании получаются экологически чистые продукты - углекислый газ и вода.

Появились первые машины, энергию для движения которых дают фотоэлектрические элементы, преобразующие энергию Солнца.

Надеемся, что в скором будущем электромобиль станет главным видом городского транспорта.

Вывод:

По нашему мнению автомобиль в жизни и деятельности современной цивилизации просто необходим. Но всякие недоработки научно-технического прогресса необходимо устранять своевременно с той целью, чтобы сохранить в чистоте окружающую среду.

Учитель физики: Выслушаем мнение представителей ГИБДД.

Сотрудник ГИБДД: Снижению вредных выбросов автомобилей способствует:

1) Равномерное движение машин на улицах, ликвидация заторов, сокращение задержек транспорта на перекрестках. Большую роль в этом играет светофор. Благодаря светофору автомобили меньше простаивают на перекрестках, вхолостую расходуя горючее и загрязняя воздух отработанными газами.

2) Предельная скорость движения в городе установлена не 80 и не 50 а 60 км/ч, т.к. при этой скорости происходит минимум вредных выбросов.

3) Важен вывод из городской черты грузовых транзитных потоков, в нашей обл. это выполняется.

4) В некоторых городах России есть микрорайоны, куда въезд автотранспорта предельно ограничен и где люди ходят только пешком. Жаль, но в нашем городе таких микрорайонов нет.

5) Каждый водитель должен знать, что причины “дымления” автомобилей следующие: неисправность двигателя, неотлаженность систем питания и зажигания.

Если все автомобильные двигатели будут правильно отрегулированы, то выброс вредных веществ в атмосферу уменьшится в 5-6 раз. Нежелание лишний час покопаться в двигателе приводит к тому, что автомобиль неделями, а то и месяцами “ развозит” по улицам ядовитый чад.

Плохо накаченные шины не только быстрее изнашиваются, но и увеличивают сопротивление движению, а значит, сжигается больше горючего.

Неумелое поведение водителя за рулем: неправильный выбор скорости движения, резкие разгоны и торможения, превышения установленной скорости, увеличение частоты вращения на холостом ходу- все это приводит к загрязнению атмосферы. Значит, нужна разъяснительная работа среди водителей.

6) Для контроля за техническим состоянием автомобилей есть диагностические станции: “ВАЗ-сервис”, “ГАЗ-сервис” и др. Такие диагностические станции должны иметь транспортные предприятия, но в наше время это многим не по карману.

Вывод:

В наше время люди, принимающие ответственные технические решения, должны владеть основами естественных наук, быть экологически грамотными, осознавать свою ответственность за действия и понимать, какой вред они могут принести природе.

Считаем, что автомобиль необходим при грамотном их техническом применении.

Заключительное слово учителя: Наш семинар показал, что при развитии автотранспорта нужны знания как по физике, так и по химии. Базируясь на них, можно разработать мероприятия по снижению токсичности автотранспорта на региональном, государственном и международном уровнях. В частности, они нужны для выполнения стандартов Единой комиссии ООН по экологии автотранспорта, которые наша страна обязалась выполнять по Женевскому соглашению 1986 года. Прежде всего необходимо, чтобы каждый житель нашей планеты осознал, что экологическая угроза исходит не от человечества вообще, а от каждого конкретного человека, то есть от нас с вами. Необходимо экологическое просвещение всех слоев общества и создание природоохранного законодательства. Ключевым моментом в борьбе с ЭК является поиск грамотных и действенных научно-технических решений. Экология должна быть неотъемлемой частью подготовки любого специалиста в области техники, естественных наук, медицины, экономики и даже гуманитарных наук. Человек должен понять, что жизнь на Земле зависит от его отношения к природе, от гармонии между ними.

Когда огромный мир противоречий

Насытится бесплатною игрой, -

Как бы прообраз боли человечной

Из бездны вод встает передо мной.

И в этот час печальная природа

Лежит вокруг, вздыхая тяжело,

И не мила ей дикая свобода,

Где от добра неотделимо зло.

Н. Заболоцкий

Поэтому всем вам необходимо задуматься над вопросом: Автомобиль - это добро или зло?

Решение этой проблемы в первую очередь зависит от нас с вами. Об этом подумайте на досуге.

Закрепление материала: самостоятельная работа с тестами (компьютер) - 10 мин - оценивание домашнего задания.

Домашнее задание:

физика - задачи введены в компьютер, по учебнику: §58, 59, вопр. к §

химия - задачи введены в компьютер, по учебнику: § 10, вопросы к §

Заключение

С каждым годом гибридные автомобили совершенствуются. По количеству вредных выбросов и по экономичности они все больше приближаются к электромобилям, в то же время, по разгонной динамике, управляемости и ездовому комфорту ничем не отличаются от своих собратьев, потребляющих бензин или солярку. Главным минусом гибридов на сегодняшний день, таким образом, является высокая стоимость производства. Конечная цена такого транспортного средства также будет выше. У разных производителей разница стоимости между версиями с ДВС и гибридом одной и той же модели варьируется от 15 до 50 процентов. Тем не менее владельцев гибридных авто становится всё больше и больше. Правительства большинства развитых и развивающихся государств разрабатывают и принимают законы, стимулирующие как производство, так и приобретение экологически чистого транспорта.

Литература

1. Газарян А.А. Техническое обслуживание автомобилей.- М: Транспорт, 1989.

2. Карагодин В.И, Шестопалов С.К. Слесарь по ремонту автомобилей.- М.- Высшая школа.-1990.

3. Чумаченко Ю.Т, Герасименко А.И, Рассанов Б.Б. Автослесарь. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей.- Ростов-на-Дону: Феникс, 2004.

4. Михайловский Е.В, Серебряков К.Б. Устройство автомобиля: Учебник.- М.- Машиностроение.- 1981.

5. Третьяков А.М., Петров А.Д. Справочник молодого слесаря по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей.- М.- 1985.

6. Ремонт автомобилей: Учебник/ред. Румянцев С.И, Борщов В.Ф.- М.- Транспорт.- 1981.

7. Боровских Ю.И., Кленников В.М., Сабинин А.А. Устройство автомобиля: Учебник.- М: Высшая школа, 1983.

8. www. 1september.ru

Размещено на Allbest.ru