Президент Республики Казахстан Н. Назарбаев в Послании народу Казахстана «Стратегия «Казахстан-2050» – новый политический курс состоявшегося государства», обозначив приоритеты в сфере образования сказал: «Нам предстоит произвести модернизацию методик преподавания и активно развивать он-лайн-системы образования, создавая региональные школьные центры. Мы должны интенсивно внедрять инновационные методы, решения и инструменты в отечественную систему образования, включая дистанционное обучение и обучение в режиме он-лайн, доступные для всех желающих» [1].
Для реализации поставленных задач кафедра «Теория и методика преподавания физики» ЮКГУ им. Ауэзова МОН РК с 2013 года внедрила в учебный процесс дисциплины «Информационные технологии в образовании», «Информационные технологии в преподавании физики» программы которых предусматривает освоение и использование современных информационных технологии в преподавании физики. Созданы новые компьютерные модели, обучающие программы, базы данных и методика их использования в преподавании физики в школах, колледжах, лицеях и ВУЗ [2-14].
Одной из трудных задач внедрения этих результатов в учреждениях образования является недостаточное практическое умение преподавателей школ использования компьютерных моделей физических явлений для организации проведения лабораторных работ. От организации компьютерных лабораторных работ во многом зависит активизация, мотивация и в конечном счете эффективность обучения. Мощным средством обучения физике, по мнению многих отечественных и зарубежных специалистов является продукции компании «Физикон» [15]. Используя этот ресурс, нами разработана модель бланка организации компьютерной лабораторной работы по исследованию работы двигателя, совершающего цикл Карно.
Тема работы: Исследование работы теплового двигателя совершающего цикл Карно.
Цель работы: Определение К.П.Д. теплового двигателя.
Класс............ФИО....................................
Краткие сведения из теории
Тепловыми двигателями называются устройства, в которых происходит превращение теплоты в работу. Рабочее вещество в любом тепловом двигателе последовательно приводится в тепловой контакт с горячими телами (нагреватели), получая от них некоторое количество теплоты Q1, и с холодными телами (холодильники), отдавая им количество теплоты Q2 < Q1, и периодически возвращается в первоначальное состояние. Такие процессы называют циклическими или круговыми.
Термодинамика утверждает, что невозможно всю теплоту Q1, полученную в круговом процессе от нагревателей, превратить в работу (2-ой закон термодинамики). Согласно закону сохранения энергии (1-ый закон термодинамики) работа, производимая двигателем есть: А = Q1 – Q2 .
Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют отношение
η
Цикл Карно представляет собой идеализированный круговой процесс, в котором рабочее вещество (идеальный газ) периодически приводится в тепловой контакт только с одним нагревателем и одним холодильником . Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат. Французский инженер Карно доказал, что к.п.д. такого идеального теплового двигателя максимален при данных значениях и равен
Любой реальный тепловой двигатель, работающий с нагревателем температуры Т1 и холодильником температуры Т2, не может иметь к.п.д, превышающий ηмах.
Цикл Карно идеальной тепловой машины на P, V – диаграмме обходится по часовой стрелке. Однако, он может быть проведен и в противоположном направлении (холодильный цикл). В этом случае система отбирает тепло от холодного тела и передает тепло горячему телу. Для того, чтобы такой процесс был возможен, над системой должна совершаться положительная работа А. Холодильный цикл реализуется в холодильных машинах.
Контрольные вопросы для проверки готовности учащихся к выполнению работы
• Из каких процессов состоит цикл Карно? Ответы: ...
• Напишите формулу коэффициента полезного действия идеального теплового двигателя работающего по циклу Карно. Ответы: ...
• Какими величинами определяется работа идеального теплового двигателя за один цикл? Ответы: ...
• Как работает идеальная холодильная машина? Ответы: ...
• Можно ли построить двигатель не получающий энергию извне? Ответы: ...
• Можно ли превратить всю теплоту, полученную двигателем в работу? Ответы: ...
• От какого тела самопроизвольно передается тепло? Ответы: ...
• Как можно осуществить передачу тепла от холодного тела к теплому? Ответы: ...
• Как можно повысить коэффициент полезного действия теплового двигателя? Ответы: ...
• Можно ли понизить теипературу комнаты открыв дверь, работающего холодильника? Ответы: ...
• Можно ли добиться 100% коэффициент полезного действия путем снижения трения до нуля между всеми частями машины? Дайте пояснение. Ответы: ...
• Зависит ли коэффициент полезного действия идеального двигателя, совершающего цикл Карно от природы рабочего вещества? Ответы: ...
1. Ознакомительные задания с компьютерной моделью.
1.1. В каких пределах можно менять температуру нагревателя (рис.1.)? Ответы: ...
1.2. В каких пределах можно менять температуру холодиьника? Ответы: ...
1.3. Каков объем идеального газа в камере? Ответы: ...
1.4. В каких пределах меняется давление при температуре нагревателя 600 К и температуре 270 К холодильника за один полный цикл? Ответы: ...
1.5. В каких пределах меняется объем рабочего вещества при температуре нагревателя 600 К и температуре 270 К холодильника за один полный цикл? Ответы: ...
Рис. 1.
2. Задачи с последующей компьютерной проверкой.
Эти задачи необходимо сначала решить на бумаге и затем проверить ответы на компьютере. Решения задач предоставить вместе с бланком.
2.1. Определить коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя при температуре нагревателя 600К и температуре холодильника 350К. Ответы: ...
2.2. Определить коэффициент полезного действия при температуре нагревателя 600К и температуре холодильника 300К. Ответы: ...
2.3. Определить коэффициент полезного действия при температуре нагревателя 600К и температуре холодильника 270К. Ответы: ...
2.4. Определить коэффициент полезного действия при температуре нагревателя 450К и температуре холодильника 300К. Ответы: ...
2.5. Определить коэффициент полезного действия при температуре нагревателя 350К и температуре холодильника 270К. Ответы: ...
3. Экспериментальные задания
3.1. При температуре нагревателя Т1=450К рабочее вещество получает тепло от нагревателя Q1=500 Дж и отдает тепло холодильнику Q2=350 Дж. Какая работа совершается за один цикл и каков коэффициент полезного действия? Ответы: ...
3.2. При температуре нагревателя Т1=600К рабочее вещество получает тепло от нагревателя Q1=500 Дж и отдает тепло холодильнику Q2=300 Дж. Какая работа совершается за один цикл и каков коэффициент полезного действия? Ответы: ...
3.3. При температуре нагревателя Т1=600К рабочее вещество получает тепло от нагревателя Q1=500 Дж и отдает тепло холодильнику Q2=300 Дж. Какая работа совершается за один цикл, какова температура холодильника и коэффициент полезного действия? Ответы: ...
3.4. Тепловой двигатель работающий по циклу Карно за каждый цикл получает от нагревателя при температуре Т1=600К тепло Q1=600 Дж и отдает холодильнику тепло Q2=300 Дж. Определите коэффициент полезного действия. и температуру холодильника. Ответы: ...
3.5. Параметры рабочего вещества в начале цикла P1=416 кПа, Т1=500К, V1=10 дм3 . Определите количество вещества используемое в модели.Ответы: ...
4. Неоднозначные задачи.
4.1. Определите температуры нагревателя и холодильника тепловой машины работающей по циклу Карно с К.П.Д. а) 20%; б) 40%; в) 50% и г) 55%. Ответы: ...
5. Исследовательские задания.
5.1. Температура холодильника Т2=270К. Какой должна быть температура нагревателя теплового двигателя, работающего по циклу Карно при К.П.Д. 55%? Ответы: ...
5.2. Тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает за каждый цикл от нагревателя 500 Дж тепла при температуре Т1=450К и отдает холодильнику 350Дж тепла. Определите температуру холодиьника Т2 и К.П.Д тепловой машины.Ответы: ...
5.3. Тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает за каждый цикл от нагревателя 500 Дж тепла при температуре Т1=600К и отдает холодильнику 300Дж тепла. Определите температуру холодиьника Т2 и К.П.Д тепловой машины. Ответы: ...
6. Творческие задания.
В рамках данного задания ученику предлагается самостоятельно составить задания с учетом возможности компьютерной модели.
Количество выполненных заданий |
Количество ошибок |
Оценка |
Примечание. Задания даны с избытком. Обучающемуся необязательно всех их выполнять. Преподаватель может их выбрать и подобрать ученику с учетом его возможности или предложить другие подобные задания. В заданиях предусматривающих задачи с последующей компьютерной проверкой ученик письменно решает задачи с предоставлением хода решения и полученного ответа. В конце урока ученик должен заполнить бланк, сдать преподавателю или отправить по электронной почте своему преподавателю.
Библиографическая ссылка
Дасибеков А.Д., Кабылбеков К.А. МОДЕЛЬ БЛАНКА ОРГАНИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ДВИГАТЕЛЯ СОВЕРШАЮЩЕГО ЦИКЛ КАРНО // Научное обозрение. Технические науки. – 2016. – № 2. – С. 22-25;URL: https://science-engineering.ru/ru/article/view?id=1076 (дата обращения: 06.12.2024).