УРОК ФІЗИКИ

« РАДІОЛОКАЦІЯ  ».

(11 клас Академічний рівень.)

Автор: Бондарєва Неля Петрівна, вчитель фізики, математики та інформатики Іскрівської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів Петрівського району Кіровоградської області.

Джерела інформації:

1.     Фізика 10-11 кл.: Програми для профільн. кл. загальноосвіт. навч. закладів з укр.мовою навч./ [О.Бугайов, М. Головко, Л. Закота  та ін.]. – К.: Пед.преса, 2004. – 144 с.

2.     Гончаренко С.У. Фізика Підручник для 11 кл. серед. загальноосвіт. шк. – К.: Освіта, 2002. – 319 с.

3.     Гавронський В.В., Задніпрянець І.І. Контроль знань з фізики. Тести. 11 клас. – К.: КМПУ ім. Б.Грінченка, 2003. – 76  с.

4.     Збірник різнорівневих завдань для державної підсумкової атестації з фізики/ за ред. Гельфгата І.М. – Харків: «Гімназія», 2008 – 80 с.

5.     Римкевич А.П. Збірник задач з фізики для 9-11 класів середньої школи. – 11 видання. – К.: Освіта, 1993.

Інтернет ресурси:

uk.wikipedia.org

     www.chipdip.ru

МЕТА:

навчальна: удосконалити знання учнів про електромагнітні хвилі; практичне застосування електромагнітних хвиль; про принцип дії та будову першого радіоприймача; про фізичний принцип радіотелефонного зв‘язку; ознайомити із властивостями радіохвиль різної довжини; пояснити принцип радіолокації, розглянути застосування радіолокації в народному господарстві й військовій справі; познайомити з історичними фактами, пов‘язаними з винайденням радіо;

виховна: виховувати в учнів інтерес до фізики; виховувати почуття працелюбності та наполегливості; формувати науковий світогляд;

розвиваюча: розвивати інтерес до науково-популярної літератури та фізики;

формувати в учнів різні групи компетенцій:

-      соціальні – бути готовим до самостійного пошуку рішень, прояву ініціативи, бути готовим до громадського життя;

-      полікультурні – використовувати інформації з історії фізичних відкриттів, опановувати засади культурного спілкування в ході обговорення проблеми, розвивати вміння вести групову бесіду;

-      комунікативні – розвивати вміння відстоювати свою точку зору, використовуючи отримані знання, формувати вміння визначати цілі власної роботи й діяльності та робити висновки за їх результатами, коментувати й робити узагальнення за виконаними завданнями;

-      інформаційні – одержання додаткової інформації, розвиток інформаційного прогнозування, підведення учнів до розуміння елементів теорії пізнання, формування елементів наукового світогляду;

-      самоосвітні й само розвиваючі – заохочення самоосвіти учнів під час використання навчальної програми, удосконалення вміння школяра працювати з підручником, вдумуватися в його текст, систематизувати викладені в різних місцях відомості, аналізуючи їх і формулюючи висновки.

Хід уроку

Організаційний момент

Сьогодні урок збагатить вас усіх новими цікавими знаннями. Тож, нехай слова, які ви будете говорити одним одному додадуть вам сил, “зарядять” позитивною енергією. Слово живе і діяльне. І це Слово несе величезну енергію.

Побажання учнів.

1.     Будь серцем праведний і постійний.-

2.     Роздумуй над тим, що тобі доручено..+

3.     Слухавши, будь скорий, а відповідавши – повільний.-

4.     Хто мудрий – того тримайся+

5.     Радься з мудрими повсякчасно.+

6.     Прослав себе скромністю, шануй себе в міру своєї вартості+.

7.     Не відказуй раніше, ніж вислухаєш, і посеред розмови не встрявай.+

8.     Не сперечайся у справі, що тобі непотрібна.+

9.     Не призвичаюй уст до грубої нечесності.-

10.                Ближньому допомагай за твоєю спромогою.-

11.                В кожній справі будь розважливий.+

12.                У всіх твоїх справах будь старанний.+

13.                Зосередься знанням – і тоді відповідай; приготуйся словом, і тебе будуть слухати.

«Доводиться бігти з усіх ніг лише для того, щоб залишитися на тому самому місці. Якщо хочеш потрапити в інше місце, потрібно бігти вдвічі швидше…»

Льюіс Керол 

Казка «Аліса у країні чудес»

Віднови термін

1. Радіо. 2. Попов. 3. Ошурки. 4. Марконі. 5. Коге­рер. 6. Енергія. 7. Батарея. 8. Антена. 9. Якір.

Тести

1п. Під час поширення у вакуумі електромагніт­ної хвилі періодично змінюється...

A) швидкість. Б) напрям поширення.

B) напруженість електричного поля. Г) період.

2п. Що використовують як джерело електромаг­нітних хвиль?

A) Закритий коливальний контур. Б) Провід, в якому тече струм.

B) Відкритий коливальний контур. Г) Заряджений конденсатор.

Зп. У радіоприймачі Попова під дією високочас­тотних електромагнітних коливань різко зменшуєть­ся електричний опір...

A) електричного реле. Б) електричного дзвоника.

B) когерера. Г) батареї гальванічних елементів.

4с. Відстань від Землі до Місяця дорівнює при­близно 384 000 км. За який час посланий із Землі ра­діосигнал, який відбився від поверхні Місяця, повер­неться на Землю?

A) Менш як за І с.        Б) Від 1 до 1,5 с.

B) Від 1,5 до 2,5 с.      Г) Більш як за 2,5 с.

5с. Виберіть правильне твердження, що стосуєть­ся радіозв'язку.

A)  Для радіотелефонного зв'язку застосовують азбуку Морзе.

Б) Амплітудна модуляція — це зміна амплітуди високочастотних електромагнітних коливань за законом електричних коливань низької частоти.

B) Мікрофон призначений для підсилення звуко­вих коливань.

Г) Основним елементом детектора є антена.

6с. Які властивості має електромагнітна хвиля?

А) Електричне поле електромагнітної хвилі пер­пендикулярне до напряму її поширення.

Б) Швидкість електромагнітних хвиль у речовині більша, ніж у вакуумі.

В) Електричне й магнітне поля електромагнітної хвилі коливаються у протифазі.

Г) Електричне й магнітне поля електромагнітної хвилі коливаються в одній площині.

7д. Коливальний контур генератора радіопереда­вача має ємність 2,6 пФ і індуктивність 12 мкГн. Знайдіть довжину хвилі, на якій ведеться радіопере­дача.

A) Менш як 5 м.           Б) Від 10 до 11 м.

B) Від 31 до 32 м. Г) Більш як 190 м.

8д. Під час прийому передач радіостанції «Наше радіо» ємність вхідного коливального контуру радіоприймача дорівнює 1 пФ. Яка робоча довжи­на хвилі радіостанції «Наше радіо», якщо індук­тивність вхідного коливального контуру дорівнює 2,58 мкГн?

A) Менш як 35 см. Б) Від 2,5 до 3,5 м.

B) Від 5 до 5,5 м.           Г) Більш як 48 м.

9д. Виберіть довжину хвилі, на якій може працю­вати радіопередавач, якщо ємність контуру його ге­нератора змінюється від 200 до 600 пФ, а індуктивність дорівнює 25 мкГн.

А) 19 м. Б) ЗО м. В) 94 м. Г) 180 м.

10в. Вхідний контур радіоприймача складається з котушки індуктивністю 2 мГн і плоского слюдяного конденсатора з площею пластин 10 см² та відстанню між пластинами 2 мм. На яку довжину хвилі настроє­ний радіоприймач?

11в. Передавач  Марконі для трансатлантичного зв’язку випромінював хвилю довжиною 1800 м. Скільки електромагнітних коливань відбувалося  за час  трансатлантичного зв’язку на відстань 3500 км?

12в. Марконі в своїх експериментах з радіопередавачами  піднімав антену на повітряній кулі на висоту 150 м. Яка була максимальна  дальність радіозв’язку?  Радіус Землі 6400 км.

Домашні презентації

2. Оголошення теми, пояснення нового матеріалу.

РАДІОЛОКАЦІЯ. ПОНЯТТЯ ПРО ТЕЛЕБАЧЕННЯ. РОЗВИТОК ЗАСОБІВ ЗВ’ЯЗКУ

РАДІОЛОКАЦІЯ

Явище відбивання електромагнітних хвиль радіодіапазону покладено в основу дії технічних пристроїв, які дістали назву радіолокаторів. Процес виявлення віддалених предметів за допомогою електромагнітних хвиль радіодіапазону називають радіолокацією. Радіолокацію здійснюють за допомогою комплексу приймально-передавальної апаратури, який називають радіолокатором.

Для збільшення точності в радіолокаторах використовують радіохвилі метрового або сантиметрового діапазону. Такі хвилі легко фокусувати і формувати вузький пучок. Висока частота радіохвиль цього діапазону забезпечує також значну далекість дії радіолокатора.

До складу радіолокаційної станції (РЛС) (мал. 4.23) входять радіопередавач (1), антена (2) комутатор (3), радіоприймач (4), пристрій аналізу інформації (5), блок живлення (6).

Склад РЛС

Передавач радіолокатора працює в так званому імпульсному режимі. Він генерує електромагнітні коливання, тривалість яких становить декілька десятків періодів коливань генератора. Радіоімпульси надходять до антени, яка випромінює в певному напрямку короткочасні імпульси радіохвиль. Комутатор у цей час замикає вхід радіоприймача, оберігаючи його від руйнування потужними електромагнітними коливаннями, які надходять від передавача. Реєструвальний пристрій у цей час фіксує момент проходження імпульсу.

У радіолокаторах використовуються властивості електромагнітних хвиль. Радіолокатор працює в імпульсному режимі. Антена радіолокатора випромінює імпульс електромагнітних хвиль і приймає хвилі, відбиті об'єктом.  Як реєструвальний пристрій найчастіше застосовують електроннопроменеву трубку, електронний промінь у якій переміщується горизонтально. Частоту розгортки електронного променя встановлюють залежно від потужності і далекодії радіолокатора. Чим більша далекодія локатора, тим менша частота розгортки. Імпульс радіохвилі поширюється в просторі, доки не натрапить на якусь перешкоду — літак, корабель чи грозову хмару. Значна частина енергії радіохвилі розсіюється під час відбивання внаслідок того, що поверхня перешкоди практично ніколи не буває плоскою. До антени радіолокатора повертається лише незначна частина енергії радіохвилі. Інтервал часу між двома імпульсами обирають таким, щоб радіолокатор «мовчав» протягом часу, потрібного для повернення сигналу від об'єкта, що знаходиться на максимально досяжній для даного радіолокатора відстані. Під час паузи, коли сигнал не надходить до антени, комутатор з'єднує антену з приймачем, який виділяє і підсилює відбитий сигнал та подає повідомлення про нього в реєструвальний пристрій. Якщо використовують згадану вище електронно-променеву трубку, то на її екрані з'являється друга позначка. Знаючи частоту розгортки, швидкість поширення хвилі, можна визначити час проходження імпульсу до перешкоди і назад. Цього достатньо, щоб обчислити відстань до неї:

Антена радіолокатора випромінює імпульси радіохвиль. Коли до антени радіолокатора приєднаний приймач, генератор не працює. Відстань до перешкоди можна розрахувати, знаючи швидкість хвилі та інтервал часу між випроміненим і відбитим імпульсами. Як правило, оператор радіолокаційної станції не проводить таких розрахунків. Він зчитує відстань безпосередньо зі шкали, нанесеної на екран електронно-променевої трубки. Останнім часом як аналізатор і реєструвальний пристрій сигналів у радіолокаторах застосовують спеціальні електронні процесори. Радіолокатори використовують у військовій справі для виявлення літаків і суден. У цивільній авіації вони забезпечують безпеку руху повітряних та морських лайнерів. За допомогою радіолокаторів одержано найточніші дані про відстані від Землі до інших планет Сонячної системи.

Задача1

1. Посланий радіолокатором сигнал повернувся назад через 43 мкс. Яка відстань до перешкоди?

Задача2

2. Визначте найбільшу і найменшу далекість виявлення цілі радіолокатором, якщо тривалість імпульсу 10-6с, інтервал між імпульсами 10-4с.

Задача3

3. Довжина хвилі радіолокатора 20 см, частота випромінювання 500 імпульсів за секунду, тривалість кожного імпульсу 0,02 мкс. Скільки коливань міститься в одному імпульсі і яка найбільша відстань дії локатора?

 Задача4

4. Відстань від радіолокатора до метеорита в момент відбиття сигналу радіолокатора 54 км. Яку відстань пролетів метеорит (v = 3 км/с) від початку випромінювання імпульсу?

Задача5

Радіоприймач налаштований на довжину хвилі 35см. У вхідному контурі амплітуда сили струму рівна 100мкА, а амплітуда напруги 0,9мВ. Яка індуктивність котушки контура?

А.меньше 1,8нГн

Б. від 38нГн до 40нГн

В. від 3,4мкГн до 3,6мкГн

Г. більше 85мкГн

Задача 6

Вхідний коливальний контур радіоприймача має конденсатор ємністю 1000пФ. Амплітуда напруги на обкладинках конденсатора при прийомі хвилі дорівнює 0,05В, а амплітуда сили струму-12,6мА. На яку довжину хвилі налаштований радіоприймач?

А.меньше 6,4м

Б. від 7,4м до 7,6м

В. від 25м до 26м

Г. більше 39м

Задача 7

В антенному контурі радіоприймача максимальний заряд конденсатора дорівнює 0,5мкКл,  а максимальна сила струму -  20А. На якій довжині хвилі працює радіоприймач?

А.меньше 4,8м

Б. від 23м до 24м

В. від 47м до 48м

Г. більше 230м

Задача 8

 Кожну секунду радіолокатор  випромінює 1000 імпульсів. Яка найбільша дальність ви значення цілі?

А.7,5км

Б. 15км

В. 75км

Г. 150 км

Задача 9

Якою має бути  частота випускання високочастотних імульсів  радіолокатора, щоб найбільша дальність визначення цілей цим локатором становила 300км?

А 100 імпульсів за секунду

Б 200 імпульсів за секунду

В 500 імпульсів за секунду

Г 1000 імпульсів за секунду

Задача 10

Радіолокатор випромінює імпульси тривалістю 2мкс. На якій мінімальній відстані  радіолокатор визначити ціль?

А.150м

Б. 300м

В. 450м

Г.600м

Пропоную переглянути відеофрагмент про радіолокаційну станцію

РЛС

РЛС- абрівіатура   …

РЛС призначена для виявлення обєктів, визначення їх розмірів ………………………..

Радари можуть виявити обєкти ………………………………………………………………..

Фізична теорія на основі якої створені радари була відома в кінці …………………….

З розвитком науки зявився окремий напрям………………………………………..

Радіолокацію поділяють на ……………………… і …………………………………..

Пасивна основана на аналізі сигналів, які випромінює ……………………………

Активна аналізує……………………………………………………………………….

На основі ефекту…………………. При вимірюванні частоти сигналу можна судити про …………………………………

РЛС бувають двох типів випромінювання……………………………………………..

При імпульсному методі випромінюються короткі затухаючі імпульси, після яких йде ………………………….., яка називається ……………………………………………

При неперервному випромінюванні використовується…………………….. метод.

Існує ще і ……………… метод оснований на ………………………

Імпульсний метод не дозволяє вимірювати відстань до ……………………………обєктів. Та все ж використовується так як він зручний для  вимірювання відстаней до ………………………… цілей.

Неперервний метод затрюднює вимірювання відстані до ……………… обєктів.

РЛС складається з ………….основних елементів.

…………………… який є джерелом сигналу високої потужності,

…………………….. яка фокусує зондуючий сигнал, а також …………відбитий сигнал.

Приймач радара, пристрій , що відповідає за обробку……………………………………

Перші радіолокаційні пристрої зявилися перед ……………………..

З тих пір створено багато радарів. Їх можна класифікувати по

Діапазону хвиль від….. …………………. До ……………………………

По типу………………………………………………………………………..

По способу розміщення

По …………………………………….

РЛС використовують ………………………………………….для отримання інформації про переміщення противника, загоризонтні РЛС служать для виявлення запуску ……………..

РЛС в мирних цілях використовуються в

……………………………………………………………………

………………………………………………………………………

…………………………………………………………

Застосування радіолокації

Робота в парах( пошук інформації в інтернеті)

Підсумок

д/з

Термометр. Історія виникнення

Прилади для вимірювання температури нази­вають термометрами (від грецького thermos – те­плий). Слово «термометр» уперше з'явилося 1636 р. Так називався прилад голландця К. Дреббеля – «дреббельський інструмент», який мав аж вісім цілих поділок. Уперше сконструював термометр видатний італійський учений Галілео Галілей при­близно у 1597 p.; він назвав його «термоскопом». Термометричним тілом у ньому було повітря. Цей прилад складався зі скляної кулі (розміром із куря­че яйце), наповненої повітрям; від нижньої частини цієї кулі відходила скляна трубка (тонка, як пше­ничне стебло), частково (до половини) заповнена підфарбованою водою. Ця трубка занурювалася нижнім кінцем у посудину, також наповнену під­фарбованою водою. Внаслідок зміни температури повітря в кулі рівень рідини в трубці змінювався. За висотою рівня рідини можна було робити висно­вок про температуру повітря. Термометр Галілея не мав певної шкали і тому можна було користува­тися ним тільки для порівняння температури тіл. (Демонструємо термометри, що є в наявності у фізкабінеті.) Найпоширенішою одиницею вимі­рювання температури є градус.

Градус – латинське слово. У перекладі на українську мову воно означає «крок», «ступінь». Вимірюють градусами різні величини – кути і кола, температуру, густину нафти, міцність спир­ту. Звісно, градус кола – це зовсім не те, що градус температури повітря або міцності спирту. Спільне в них тільки одне – позначення. У кожному разі, коли біля числа праворуч угорі стоїть маленьке коло, знайте, що йдеться про якийсь член родини градусів.

Основною одиницею вимірювання температури в СІ є кельвін.

4. Презентація учнівського проекту «Види термометрів. Температурні шкали»

Шкала Фаренгейта

• Шкала Фаренгейта була запропонована взимку 1709 р. німецьким ученим Габріелем Фаренгейтом. Шкала популярна в США і Великобританії. 0 °Ф – це температура суміші снігу з сіллю. 100 °Ф – температура людини (літе­ра «Ф» позначає градуси Фаренгейта).

• Кожен градус Фаренгейта майже в 2 рази менший за градус шкали Цельсія. Тому лід в Англії  і в Америці тане при 32 °Ф, а вода кипить при 212 °Ф.

• Габріель Фаренгейт вибрав нуль для своїх градусів не випадково, а після довгих роздумів. Він вважав, що його 0° – найнижча температура, яка може бути на світі. Хоча це всього-на-всього –  -18 °С (літера «С» позначає градуси Цельсія). Для нього, жителя Англії і Голландії, країн із помірним морським кліматом, це здавалося неймовірним хо­лодом. Звідки йому було знати, що в далекій Якутії –     -50 °С є звичною температурою взимку, що там бувають морози і близько -70 °С.

• Габріель Фаренгейт, звісно, не міг знати про Антарктиду, відкриту через 75 років після його смерті. Про крижану Антарктиду, де цілу зиму три­мається температура  -70 °С, а іноді і буває  -90 °С. Фаренгейт цього не знав, і тому його градуси не дуже зручні.

Шкала Реомюра

• У  1731 р.  французький учений  Рене де Реомюр запропонував температурну шкалу, засно­вану на використанні спирту, що здатний розши­рюватися. За нижню точку репера була прийнята точка замерзання води.

• Градус Реомюр довільно визначив як одну тисячну від об'єму, який займає спирт у резервуарі і трубці термометра при нульовій точці. За нор­мальних умов точка кипіння води за цією шкалою складає 80°.

• Шкала Реомюра нині повсюдно вийшла з ужитку.

Шкала Цельсія

• У  1742  р.   шведський  астроном  Андерс Цельсій запропонував шкалу, в якій за нуль він обрав температуру суміші води і льоду, а темпера­тура кипіння води прирівнювалася до 100°.

• За градус Цельсій запропонував вважати соту частину інтервалу між цими точками репе­рів.

• Ця шкала раціональніша, ніж шкали Фаренгейта і Реомюра, і широко викорис-товується в науці. У більшості країн світу прийняті градуси Цельсія. У нашій країні ними почали користувати­ся лише після 1917 р.

Шкала Кельвіна

• Шкала Кельвіна була запропонована в 1848 р. англійським ученим Уїльямом Томсоном (він же лорд Кельвін) як точніший спосіб виміру темпера­тури.

• За цією шкалою нульова точка, або абсо­лютний нуль, є найнижчою температурою, яка лише можлива, тобто якийсь теоретичний стан речовини, за якого її молекули повністю переста­нуть рухатися. Це значення було отримане шляхом теоретичного вивчення властивостей газу, що зна­ходиться під нульовим тиском. За стоградусною шкалою абсолютний нуль, або нуль Кельвіна, відповідає -273,18 °С. Отже, на практиці 0 °С може бути прирівняний до 273 К.

• До 1968 р. одиниця кельвін (К) іменувалася як градус Кельвіна (°К).

Шкала Ранкіна

• Ще одна шкала була запропонована шотланд­ським інженером і фізиком Уїльямом Ранкіном.

• Нуль її збігається з нулем термодинамічної температури, а за розміром 1 °Ra рівний 5/9 К. Тобто принцип той же, що і в шкалі Кельвіна, лише за розмірністю шкала Ранкіна збігається не зі шка­лою Цельсія, а зі шкалою Фаренгейта.

• Дана система виміру температури поширен­ня не отримала.

Рідинні термометри

Рідинні термометри засновані на залежності змі­ни об'єму рідини, яка залита в термометр (звичай­но це спирт або ртуть), від зміни температури. Про видалення ртуті, що розлилася з розбитого градусника, слід прочитати статтю «Демеркуризація».

Механічні термометри

Термометри цього типу працюють за тим же принципом, що і рідинні, але як датчик зазвичай використовується металева спіраль або стрічка з біметала.

Газовий термометр

Принцип роботи газового термометра полягає в тому, що тиск газу за постійного об'єму зростає зі збільшенням температури. Певну кількість газу по­міщають у контейнер постійного об'єму і його тиск вимірюють одним із приладів. Щоб калібрувати га­зовий термометр постійного об'єму, вимірюємо тиск за двох різних температур, скажімо, 0 °С і 100 °С, позначаємо ці точки на графіку і проводимо пряму між ними. Тепер із цього графіка можемо отрима­ти температуру, що відповідає будь-якому іншому значенню тиску.

Електричний термометр

Принцип роботи електричних термометрів ґрунтується на зміні опору провідника при зміні температури довкілля. У електричних термометрах широкого діапазону температур використовується термопара (контакт між металами з різною електро-негативністю створює контактну різницю по­тенціалів, залежну від температури). Термометри опору так само, які і термоелектричні, самостійно не застосовують – їх використовують у комплекті з вторинними вимірювальними пристроями, для підключення до яких термометр оснащений виводними контактами.

Оптичний пірометр

Для вимірювання дуже високих температур за­стосовують оптичний пірометр. Він вимірює інтен­сивність випромінювання розжареної до білого чи до червоного речовини. Інструмент не торкається гарячої речовини, тому оптичний пірометр можна використовувати за температур, які б зруйнували більшість інших термометрів.

Електроконтактний термометр

Термометр призначений для сигналізації про досягнення заданої температури або підтримки будь-якої температури в межах робочої шкали в різних установках. Сполучний контакт із плати­нового дроту упаяний в капіляр термометра; вико­навчий контакт – нижній кінець вольфрамового дроту, який закріплений на рухливій гайці, надітій на мікрогвинт, може пересуватися вгору і вниз по каналу капіляра за допомогою магніта, що обертає мікрогвинт. На вкладеній шкальній пластині зі скла молочного кольору нанесено дві шкали: верхня служить для попереднього налаштування термометра на задану температуру (за положенням нижнього зрізу рухливої гайки на шкалі) нижня – для коректування налаштування по положенню тиснула (нижнього кінця вольфрамового дроту), відліченого за шкалою і свідченням контрольного термометра. Працює в ланцюгах постійного і змін­ного струму в безіскровому режимі. Електричне навантаження, що допускається на контактах, не більше 1 ВЧА при струмі не більше 0,04 А і при напрузі на контактах не більш 220 В.

Енергія розуму — невичерпна.

В. Вернадський

ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ

8клас

Поважні тепер теплові двигуни,

Бо людям полегшують працю вони:

Орють, засівають, збирають зерно,

Без них, як без рук все одно.

Із міста у місто нас возять не раз

І тим економлять нам сили і час.

Внизу залишивши свій шлейф вогняний,

У простір космічний злітають вони.

В повітрі, як птахи, як риби в воді,

Хоч досить вже давні, та все ж молоді.

Потрібні всім людям усюди й завжди,

Та тільки призводять, бува, до біди.

Повітря отруйне, як спадок, для всіх –

І в тому їх шкода, великий їх гріх.

А скільки пального з'їдають щодня!..

То, може, вернемо вола і коня?

Проблеми відразу розв'яжуться всі:

Є віз дерев'яний, навіщо таксі?

Чи, може, зуміємо вихід знайти,

Щоб Землю свою й двигуни зберегти? 

1. Принцип дії теплової машини

Ми знаємо, що в результаті виконання над газом роботи або передачі йому певної кількості теплоти можна збільшити його внутрішню енергію і, навпаки, за рахунок внутрішньої енергії газу може бути виконана механічна робота. Внутрішня енергія є одним з найдешевших видів енергії. Її можна дістати, спалюючи різні види палива, використовуючи енер­гію сонячних променів тощо. Разом з тим, на виробництві, транспорті для роботи різних механізмів потрібна механічна енергія. Тому перетворення внутрішньої енергії в механічну є надзвичайно важливим для практичної діяльності людини. Таке перетворення здійснюється за допомогою теплових машин.

Як робоче тіло використовується газ (пара). Якщо він знаходиться в циліндрі з рухомим поршнем, то під час його розширення виконується робота, і внутрішня енергія газу (в основному – це кінетична енергія його молекул) частково перетворюється в механічну енергію поршня.  Щоб у про­цесі розширення температура залишалася сталою, газу слід передавати кількість теплоти, яка дорівнює зміні його внутрішньої енергії протягом процесу і виконаній поршнем роботі. Під час  розширення виконана рухомим поршнем робота дорівнює зменшенню внутрішньої енергії газу.

Оскільки циліндр має обмежені розміри, за один хід пор­шня можна перетворити в механічну енергію також обмежену кількість теплоти. Для того щоб газ міг виконувати роботу і далі, його треба повернути у вихідний стан, тобто надати йому певну кількість теплоти для повернення в початковий стан з більшою внутрішньою енергією. Таку сукупність змін стану газу, в результаті яких він повертається у вихідний стан, називають круговим процесом, або циклом.

За яких змін стану можна дістати цикл? Очевидно, якщо здійснити спочатку розширення газу в якомусь процесі, а потім його стиснути в цьому ж процесі, то не буде виконано корисної роботи, оскільки додатна робота розширення газу дорівнює від’ємній роботі стискання. Щоб дістати в результаті здійснення циклу корисну роботу, треба використати різні процеси: розширення газу за високих тиску та температури і стискання його за нижчих тиску і температури.