Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Tiết 84, 85: Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt máy lạnh

Ngµy so¹n : 27/4/08 TiÕt : 84+85 GV: §ç Quang S¬n Bµi:NGuyªn t¾c ho¹t ®éng cña ®éng c¬ nhiÖt M¸y l¹nh A/ Môc tiªu: Kiến thức Biết được nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh; biết được nguồn nóng, nguồn lạnh, tác nhân cùng bộ phận phát động, sinh công ra hay nhận vào ở một số máy hay gặp trong thực tế. Có khái niệm về nguyên lý II nhiệt động lực học, nó liên quan đến chiều diễn biến các quá trình trong tự nhiên, bổ sung cho nguyên I nhiệt động lực học. HS cần phát biểu được nguyên lý II NĐLH. Kỹ năng Nhận biết và phân biệt được nguồn nóng, nguồn lạnh, tác nhân cùng bộ phận phát động, sinh công hay nhận công ở một số máy lạnh thường gặp trong thực tế. CHUẨN BỊ Giáo viên Một số hình vẽ trong SGK Một số máy nhiệt trong thực tế. Học sinh Ôn lại kiến thức về động cơ nhiệt ở lớp 8. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (phút) : KIỂM TRA BÀI CŨ Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho các quá trình. Hoạt động 2 (phút) : ĐỘNG CƠ NHIỆT Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài Ó Thế nào là động cơ nhiệt? - Hướng dẫn HS đọc SGK tìm hiểu cấu tạo của động cơ nhiệt qua ví dụ. Nguồn nóng T1 Nguồn lạnh T2 Q1 Q2 A Tác nhân và cơ cấu của động cơ nhiệt - Yêu cầu HS tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt - Đọc SGK và đưa ra định nghĩa. - Đọc SGK và tìm hiểu cấu tạo của động cơ nhiệt và so sánh lại với ví dụ. Nguồn nóng : nguồn đốt nóng khí. Nguồn lạnh : nguồn nước phun vào đáy xi lanh. Tác nhân : khí + xi lanh + pittông. - Qua việc tìm hiểu cấu tạo của động cơ nhiệt để rút ra nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt. - Nêu công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt. 1. Động cơ nhiệt a) Định nghĩa – Cấu tạo động cơ nhiệt Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt lượng sang công. Mỗi động cơ nhiệt đều có 3 bộ phận cơ bản Nguồn nóng : cung cấp nhiệt lượng (Q1). Tác nhân và các thiết bị phát động nhận nhiệt, sinh công và tỏa nhiệt. Nguồn lạnh : thu nhiệt do tác nhân tỏa ra (Q2). b) Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt Tác nhân nhận nhiệt lượng Q1 từ nguồn nóng biến một phần thành công A và tỏa phần nhiệt lượng còn lại Q2 cho nguồn lạnh. c) Hiệu suất của động cơ nhiệt Hiệu suất của động cơ nhiệt được xác định bằng tỉ số giữa công A sinh ra với nhiệt lượng Q1 nhận từ nguồn nóng. Hoạt động 3 (phút) : MÁY LẠNH Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài Ó Thế nào là máy lạnh? Nguồn nóng T1 Nguồn lạnh T2 Q1 Q2 Tác nhân và cơ cấu của máy lạnh A - Hướng dẫn HS đọc SGK tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy lạnh. 3. Máy lạnh a) Định nghĩa – Nguyên tắc hoạt động Máy lạnh là thiết bị dùng để lấy nhiệt từ một vật và truyền sang vật khác nóng hơn nhờ công từ các vật ngoài. Vật cung cấp nhiệt là nguồn lạnh, vật nhận nhiệt là nguồn nóng, và vật trung gian được gọi là tác nhân, nó nhận công từ vật ngoài. b) Hiệu năng của máy lạnh - Là tỉ số giữa nhiệt lượng Q2 nhận từ nguồn lạnh với công tiêu thụ A - Hiệu năng của máy lạnh thường có giá trị lớn hơn 1. Hoạt động 4 (phút) : NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài Nguyên lý II bổ sung cho nguyên lý I. Nó đề cập đến chiều diễn biến của quá trình, điều mà nguyên lý I chưa đề cập đến. - Hướng dẫn HS tìm hiểu động cơ nhiệt loại II. 3. Nguyên lý II nhiệt động lực học “Nhiệt không tự nó truyền từ một cật sang vật nóng hơn”. hay “Không thể thực hiện được động cơ vĩnh cửu loại hai (nói cách khác, động cơ nhiệt không thể biến đổi toàn bộ nhiệt lượng nhận được thành ra công)” Hoạt động 5 (phút) : HIỆU SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MÁY NHIỆT Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài 4. Hiệu suất cực đại của máy nhiệt a) Hiệu suất cực đại của động cơ nhiệt T1 : nhiệt độ nguồn nóng T2 : nhiệt độ nguồn lạnh Để nâng cao hiệu suất của động cơ nhiệt, người ta nâng cao nhiệt độ của nguồn nóng hay hạ thấp nhiệt độ nguồn lạnh hoặc thực hiện cả hai. b) Hiệu năng cực đại của máy lạnh CỦNG CỐ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 SGK Làm các bài tập. --------ÉJÊ-------- Tiết bài tập : CHƯƠNG VIII MỤC TIÊU Kiến thức Củng cố lại các kiến thức về Nhiệt động lực học. Vận dụng để giải quyết các hiện tượng nhiệt, bài toán nhiệt. Kỹ năng Vận dụng được nguyên lý I NĐLH, công thức tính hiệu suất động cơ nhiệt, hiệu năng của máy thu. Áp dụng thành thạo các phương trình trạng thái trong các quá trình. CHUẨN BỊ Giáo viên Chuẩn bị một số bài tập SGK và SBT Học sinh - Ôn lại toàn bộ kiến thức chương VIII và phương trình trạng thái của khí lý tưởng. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (phút) : BÀI TẬP 1 (BÀI 2/291, SGK) Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài - Yêu cầu HS nêu công thức tính nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra. - Yêu cầu HS tóm tắt bài toán Q = mcDt * Tóm tắt m1 = 100g = 0,1kg m2 = 300g = 0,3kg t1 = 20oC m3 = 75g = 0,075kg t2 = 100oC c1 = 880 J/kg.K c2 = 380 J/kg.K c3 = 4,19.103 J/kg.K Tìm nhiệt độ cân bằng của cốc nước tcb. Gọi tcb là nhiệt độ khi hệ đạt trạng thái cân bằng nhiệt. - Nhiệt lượng chiếc thìa đồng đã tỏa ra Qtỏa = m3.c3.(t2 – tcb) - Nhiệt lượng cốc nhôm và nước đã thu vào Qthu = (m1.c1 + m2.c2).(tcb – t1) Khi có sự cân bằng nhiệt thì Qthu = Qtỏa (m1.c1 + m2.c2).(tcb – t1) = m3.c3.(t2 – tcb) Thay số vào và giải ra kết quả tcb = 22oC Hoạt động 2 (phút) : BÀI TẬP 2 (BÀI 4/299, SGK) Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài - Gọi HS lên bảng tự tóm tắt và giải bài toán. * Tóm tắt n = 2,5 mol T1 = 300K, p1 , V1 T2 , p2 = p1 , V2 = 1,5.V1 Q = 11,04kJ = 11040J Tìm công mà khí thực hiện và độ tăng nội năng. - Công mà khí đã thực hiện trong quá trình đẳng áp A’ = p.DV = p(V2 – V1) = p.0,5V1 Mặt khác p1.V1 = n.R.T1 Do đó công mà khí thực hiện là A’ = 0,5.n.R.T1 A’ = 0,5.2,5.8,31.300 = 3116,25 J Nói cách khác khí đã nhận công –A = A’ - Áp dụng nguyên lý I NĐLH DU = Q + A = Q – A’ DU = 11040 – 3116,25 = 7923,75 J Hoạt động 3 (phút) : BÀI TẬP 3 (BÀI 5/307, SGK) Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài - Gọi HS lên bảng tự tóm tắt và giải bài toán. * Tóm tắt H = ½ Hmax T1 = 227 + 273 = 500K T2 = 77 + 273 = 350K t = 1h = 3600s m = 700 kg q = 31.106 J/kg Tính công suất của máy hơi nước. Ta có Công mà máy hơi nước đã thực hiện trong 1h là Þ A = A = A = 3255´106 (J) Công suất của máy hơi nước P = CỦNG CỐ : Làm các bài tập SBT. --------ÉJÊ-------- B/ChuÈn bÞ: 1) Gi¸o viªn: 2) Häc sinh: C/TiÕn tr×nh D¹y- Häc: Ho¹t ®éng 1: ........ Ho¹t ®éng cña thÇy Ho¹t ®éng cña trß Ho¹t ®éng 2: ........ Ho¹t ®éng cña thÇy Ho¹t ®éng cña trß Ho¹t ®éng 3: ........ Ho¹t ®éng cña thÇy Ho¹t ®éng cña trß Ho¹t ®éng 4: ........ Ho¹t ®éng cña thÇy Ho¹t ®éng cña trß Ho¹t ®éng 5: ........ Ho¹t ®éng cña thÇy Ho¹t ®éng cña trß Ho¹t ®éng 6: ........ Ho¹t ®éng cña thÇy Ho¹t ®éng cña trß Ho¹t ®éng 7: ........ Ho¹t ®éng cña thÇy Ho¹t ®éng cña trß