иділяють конструкції і принципам роботи названих вище двигунів. У курсі фізики старших класів розглядають енергетичні процеси, що відбуваються при роботі теплових двигунів.
При вивченні принципів роботи теплових двигунів, насамперед, вводять поняття незворотності, формують уявлення про другий законі термодинаміки. Поняття незворотності розкривають за допомогою прикладів: розглядають абсолютно пружний удар, як приклад оборотного явища, уточнивши, що такий удар є ідеалізацією. Потім звертаються до таких явищ, як пластична деформація, дифузія та інші вводять поняття незворотності процесу як такого, зворотний якому мимовільно протікати не може. Далі підводять учнів до формулювання другого закону термодинаміки, говорять про те, що здійснити зворотний процес можна тільки в тому випадку, їли він буде частиною іншого процесу, пов'язаного з витратами енергії. Так, можна відновити форму тіла при пластичній деформації, але для цього необхідні зовнішні сили і витрати енергії.
Вивчення принципів роботи теплових двигунів можна побудувати за таким планом:
обговорення питання про те, що механічна робота може бути здійснена за рахунок внутрішньої енергії; пристрій, в якому це відбувається, називають тепловим двигуном;
обговорення питання про те, що для безперервної роботи двигун необхідно повертати в первинний стан, тобто він повинен бути циклічним;
обговорення питання про те, що для отримання позитивної роботи в первинний стан двигун повинен повертатися при більш низькій температурі, отже, він повинен мати нагрівач, робоче тіло і холодильник.
Далі учням говорять, що робоче тіло (ним може бути пар, газ або спеціальна суміш) виходить деяка кількість теплоти від нагрівача і розширюється. При розширенні робоче тіло здійснює роботу. При стисканні робоче тіло віддає кількість теплоти холодильника. Температури холодильника і нагрівача підтримують постійними, при цьому температура нагрівача завжди вище температури холодильника ().
Після цього доцільно розглянути принцип роботи ідеальної теплової машини Карно, робочим тілом в якої є ідеальний газ. При розширенні газу під час його контакту з нагрівачем температуру підтримують постійною, під час стиснення і контакту з холодильником температура також постійна, отже, розширення і стиснення відбувається ізотермічні (на рис.6 відповідно ізотерми 1-2 і 3-4). Але якщо температура розширення більше температури стиснення, то необхідно провести процеси, при яких температура змінюється від до, а потім знову від до. У принципі це здійсненно при изобарном, ізохорному або адіабатні процесах. Найбільш доцільним є умовою максимальної роботи (на рис.6 графіки 2-3 і 4-1 - адіабати). Корисна робота чисельно рівна площі заштрихованої фігури.
Важливим є питання про коефіцієнт корисної дії. Як відомо ККД - це відношення корисної роботи до кількості теплоти, отриманого від нагрівача:
.
Завдання підвищення ККД - одна з основних технічних завдань. Вона пов'язана насамперед із створенням матеріалів, що мають достатню міцність при високих температурах. В даний час температурні межі робочого тіла становлять 303 - 853 K. ККД ідеальної машини, що працює по циклу Карно, при таких значеннях температур дорівнює 65%. Однак з урахуванням втрат ККД приблизно дорівнює 40%. Необхідно, щоб школярі зрозуміли...
