8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Какие детали грм заставляют клапана открываться и закрываться


Тест к уроку 7 по теме «Газораспределительный механизм»

Тест к уроку 7 по теме: «Газораспределительный механизм»

1 Вариант

1. Какие типы ГРМ получили наибольшее распространение на автомобильных ДВС?

а) золотниковые б) клапанные в) оба типа механизмов

2. ГРМ в зависимости от места установки клапана разделяются на механизмы с нижним и верхним расположением клапанов. Какой механизм имеет меньшее количество деталей?

а) с нижним расположением клапанов

б) с верхним расположением клапанов

в) имеют одинаковое количество деталей.

3. Каким способом осуществляется привод ГРМ?

а) зубчатыми колесами

б) цепным или зубчатым ремнем

в) в зависимости от типа и модели ДВС способом, указанным в пункте а или б.

4.Для чего предназначен толкатель ГРМ?

а) для передачи усилия от распределительного вала

б) для передачи усилия от поршня

в) для поворота клапана вокруг своей оси.

5. В каком ответе перечислены только детали ГРМ?

а) распределительный вал, штанга толкателя, коромысло, поршневой палец, клапан выпускной

б) толкатель, седло клапана, сухари, тарелка пружины клапана, направляющая толкателя

в) направляющая втулка клапана, ось коромысел, головка цилиндров, пружина клапана.

2 вариант

1. Как крепится тарелка пружины клапана к стержню клапана?

а) установочным штифтом б) при помощи резьбы

в) контактной сваркой г) сухариками.

2. При работе ДВС у некоторых моделей клапан вращается вокруг своей оси для равномерного износа направляющей, стержня клапана, седла и тарелки клапана. За счет чего это достигается?

а) за счет специального устройства б) за счет вибрации пружин клапана

в) за счет выпуклой формы коромысла. г) за счет давления газов

3. Как отличить впускной клапан от выпускного одного двигателя?

а) по длине стержня клапана б) по диаметру тарелки клапана в) по маркировке.

4. Какой клапан при работе ДВС нагревается до более высокой температуры?

а) впускной б) выпускной

в) клапана одного цилиндра нагреваются до одинаковой температуры.

5. Какие детали ГРМ заставляют клапана открываться и закрываться?

а) открывает и закрывает распредвал

б) открывает кулачек распредвала, закрывает пружина

в) открывает пружина, закрывает кулачек распредвала.

3 вариант

1. Штанга передает усилие от толкателя к коромыслу. Может ли конструкция ГРМ обходиться без штанг?

а) не могут, так как такой механизм не сможет работать

б) может, в ГРМ с нижним расположением клапанов

в) могут в ГРМ с верхним расположением клапанов и распределительного вала.

2. Какие детали входят в клапанный узел ГРМ?

а) впускной клапан, седло клапана, пружина клапана,

направляющая втулка клапана, компрессионное кольцо

б) впускной клапан, тарелка пружины клапана, маслосъемное кольцо,

сухари, механизм вращения клапана

в) впускные и выпускные клапана, опорная шайба пружины клапана,

седло клапана, сухари.

3. ГРМ служит для своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов ДВС, обеспечивая качественное наполнение цилиндра свежим зарядом, его очистку от отработавших газов и герметизацию цилиндра при сжатии и рабочем ходе. Все ли эти функции выполняет ГРМ?

а) закрытие и открытие клапанов выполняет КШМ

б) наполнение цилиндров свежим зарядом выполняет система очистки

в) все перечисленные функции выполняет ГРМ.

4. Каким термином называют моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выражая в градусах поворота коленчатого вала?

а) перекрытием клапанов б) фазами газораспределения

в) порядком работы цилиндров. г) угол опережения зажигания

5. Какие клапана выполняют полыми и полость заполняют металлическим натрием?

а) только впускные клапаны

б) только выпускные клапаны

в) впускные и выпускные клапана.

4 вариант

1. Сколько опорных шеек имеет распределительный вал ДВС?

а) в 2 раза меньше коренных шеек коленчатого вала

б) в 2 раза меньше шатунных шеек коленчатого вала

в) такое же количество, как и шатунных шеек коленчатого вала

г) такое же количество, как и коренных шеек коленчатого вала.

2. В какой последовательности передается усилие в приводе клапанов?

а) распредвал, толкатель, штанга толкателя, регулировочный винт, коромысло, клапан

б) распредвал, толкатель, регулировочный винт, штанга толкателя, коромысло, клапан

в) распредвал, толкатель, штанга толкателя, клапан, коромысло, регулировочный винт.

3. Укажите место проверки теплового зазора в ГРМ?

а) между штангой толкателя и регулировочным винтом

б) между толкателем и кулачком распредвала

в) между носком коромысла и торцом стержня клапана.

4. Что обеспечивает герметичность сопряжений клапан-седло клапана?

а) их шлифовка и притирка по месту пастами

б) подгонка по месту с применением уплотнителей

в) установка самоподжимных манжет.

5. Когда происходит максимальное открытие клапана?

а) когда толкатель находится на противоположной стороне от вершины кулачка

б) когда толкатель находится на вершине кулачка

в) когда пружина имеет максимальную длину.

5 вариант

1. Для чего предусмотрены тепловые зазоры в ГРМ?

а) для предотвращения разрушения коромысел и толкателей

б) для исключения неплотного закрытия клапанов

в) для уменьшения износа направляющих клапанов и толкателей.

2. В какую часть коромысла вворачивают регулировочный винт?

а) в конец коромысла, обращенный к штанге

б) в конец коромысла, обращенный к стержню клапана

в) в отверстие оси коромысла.

3. Какое количество сухарей необходимо для крепления тарелки пружины со стержнем клапана?

а) один б) два в) три г) четыре.

4. Как влияет наличие нагара на фасках клапанов на их охлаждение?

а) не отражается б) улучшает охлаждение в) ухудшает охлаждение.

5. В приводе распределительного вала зубчатыми колесами их изготавливают из разных материалов. Каких?

а) колесо распредвала стальное, коленвала чугунное

б) колесо распредвала чугунное, коленвала стальное

в) колесо распредвала текстолитовое со стальной втулкой, коленвала стальное.

г) варианты, указанные в ответах, а, б

ответы

1 вариант

  1. б) клапанные

  2. а) с нижним расположением клапанов

  3. в) в зависимости от типа и модели ДВС способом, указанным в пункте, а или б.

  4. а) для передачи усилия от распределительного вала

  5. а) распределительный вал, штанга толкателя, коромысло, поршневой палец, клапан выпускной

2 вариант

  1. г) сухариками

  2. а) за счет специального устройства

  3. б) по диаметру тарелки клапана (впускной больше)

  4. б) выпускные до 650 С

  5. открывает кулачек распредвала, закрывает пружина

3 вариант

  1. б) может, в ГРМ с нижним расположением клапанов

  2. в) впускные и выпускные клапана, опорная шайба, пружина клапана, седло клапана, сухари

  3. а) закрытие и открытие клапанов выполняет КШМ

  4. б) фазами газораспределения

  5. б) только выпускные клапана

4 вариант

  1. а) в 2 раза меньше коренных шеек коленчатого вала

  2. а) распределительный вал, толкатель, штанга толкателя, регулировочный винт, коромысло, клапан

  3. в) между носком коромысла и торцом стержня клапана.

  4. а) их шлифовка и притирка по месту пастами

  5. б) когда толкатель находится на вершине кулачка

5 вариант

  1. а) для предотвращения разрушения коромысел и толкателей

  2. а) в конец коромысла, обращенный к штанге

  3. б) два

  4. в) ухудшает охлаждение

  5. б) колесо распредвала чугунное, коленвала стальное

  1. Рефлексия

Что нового узнали?

С чем познакомились на уроке?

Что понравилось?

Что не понравилось?

  1. Домашнее задание учебник параграф и ответы на вопросы после текста

учебник

Родичев В. А. Грузовые автомобили: учебник для начального профессионального образования/В.А. Родичев., - 10-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013.-240 с.

параграф № 3 стр. 30 – 39

ответы на вопросы после параграфа

Двигатель - как открываются и закрываются клапаны

клапан что позволяет смешивать цилиндр впускной клапан; тот, через который выходят отработавшие газы, является выпускным клапаном. Они предназначены для открывания и закрывания в определенные моменты, чтобы позволить двигатель эффективно бежать на всех скоростях.

Работа контролируется грушевидными выступами, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распредвал с приводом от цепи, ремня или набора шестерни из коленчатый вал .

Если распределительный вал установлен в Блок двигателя , маленькие металлические цилиндры толкатели сидят в каналах над каждым кулачком, а от толкателей металлический толкатель проходит вверх в крышка цилиндра .Вершина каждого толкателя встречает коромысло который упирается в шток клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной, пружина клапана .

По мере того, как толкатель поднимается на кулачок, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывается) против давление своей весны. Поскольку кулачок вращается дальше, пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой верхнего клапана (OHV).

Некоторые двигатели не иметь толкателей; Клапаны управляются более напрямую от одинарных или двойных распредвалов в самой головке блока цилиндров и в системе верхнего распредвала.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод верхнего кулачка (OHC) более эффективен и дает больше мощности для заданного объема двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях. В любой системе должен быть некоторый свободный ход в приводном механизме, чтобы клапан мог полностью закрываться, когда детали расширяются из-за нагрева.

Толкатель с заданным зазором оформление имеет важное значение между шток клапана и коромысло или кулачок, чтобы учесть расширение.Зазоры толкателей сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком велик, клапаны открываются поздно и закрываются раньше, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком малый зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей сжатие .

Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически приводятся в действие давлением моторного масла.

Система верхних клапанов (OHV), управляемая толкателями, имеет коленчатый вал рядом и параллельно коленчатому валу в блоке цилиндров.

При вращении коленчатого вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, толкателя и коромысла. Клапан закрывается давлением пружины.

Цепь приводная распределительного вала звездочка имеет в два раза больше зубцов, чем звездочка коленчатого вала, поэтому распределительный вал вращается с половинной скоростью вращения двигателя.

Двигатель с верхним распредвалом (OHC) требует меньшего количества деталей для управления клапанами. Кулачки действуют непосредственно на толкатели ковша или на короткие рычаги - известные как пальцы - которые, в свою очередь, действуют непосредственно на штоки клапана.

Система избавляется от лишнего веса и механической сложности толкателей и коромысел.

Длинная цепь часто используется для привода распределительного вала от звездочки на коленчатом валу, но такая длинная цепь имеет тенденцию «хлестать». В некоторых конструкциях проблема решается установкой промежуточных звездочек и двух более коротких приводных цепей, находящихся под напряжением.

.

Что это такое и как работает

Сердце имеет четыре клапана - по одному на каждую камеру сердца. Клапаны удерживают кровь в правильном направлении через сердце.

Митральный клапан и трехстворчатый клапан расположены между предсердиями (верхними камерами сердца) и желудочками (нижними камерами сердца).

Аортальный клапан и легочный клапан расположены между желудочками и главными кровеносными сосудами, выходящими из сердца.

Митральный клапан

Клапаны сделаны из прочных тонких лоскутов ткани, называемых створок или створок .

Листочки открываются, позволяя крови двигаться вперед через сердце в течение половины сердечного сокращения. Они закрываются, чтобы кровь не текла назад во время второй половины сердечного сокращения.

Митральный клапан имеет только две створки; аортальный, легочный и трикуспидальный клапаны - по три. Листочки прикреплены к кольцу из жесткой волокнистой ткани, называемой кольцом, и поддерживаются ею.Кольцо помогает поддерживать правильную форму клапана.

Створки митрального и трехстворчатого клапанов также поддерживаются:

  • Сухожильные хорды: жестких волокнистых нитей. Они похожи на струны, поддерживающие парашют.
  • Папиллярные мышцы: часть внутренней стенки желудочков.

Сухожильные хорды и сосочковые мышцы обеспечивают устойчивость створок, предотвращая обратный ток крови.

Митральный клапан

Аортальный клапан

Как работают клапаны

Четыре клапана открываются и закрываются, чтобы кровь могла течь через сердце. Следующие шаги показывают, как кровь течет через сердце, и описывают, как работает каждый клапан, поддерживая движение крови.

1. Открытый трикуспидальный и митральный клапаны
Кровь течет из правого предсердия в правый желудочек через открытый трехстворчатый клапан и из левого предсердия в левый желудочек через открытый митральный клапан .

2. Закрытые трикуспидальный и митральный клапаны
Когда правый желудочек заполнен, трехстворчатый клапан закрывается и не дает крови течь назад в правое предсердие, когда желудочек сокращается (сжимается).
Когда левый желудочек заполнен, митральный клапан закрывается и предотвращает обратный ток крови в левое предсердие при сокращении желудочка.

3. Открыть легочный и аортальный клапаны
Когда правый желудочек начинает сокращаться, легочный клапан открывается с силой.Кровь откачивается из правого желудочка через легочный клапан в легочную артерию в легкие.
Когда левый желудочек начинает сокращаться, аортальный клапан принудительно открывается. Кровь откачивается из левого желудочка через аортальный клапан в аорту. Аорта разветвляется на множество артерий и снабжает организм кровью.

4. Закрытые клапаны легочной артерии и аорты
Когда правый желудочек прекращает сокращаться и начинает расслабляться, легочный клапан закрывается.Это не дает крови течь обратно в правый желудочек.
Когда левый желудочек прекращает сокращаться и начинает расслабляться, аортальный клапан закрывается. Это предотвращает отток крови обратно в левый желудочек.

Этот образец повторяется, заставляя кровь непрерывно течь к сердцу, легким и телу. Четыре нормально работающих сердечных клапана гарантируют, что кровь всегда течет свободно в одном направлении и что нет обратной утечки.

Последний раз проверял медицинский работник Cleveland Clinic 12.04.2018.

Получите полезную, полезную и актуальную информацию о здоровье и благополучии

е Новости

Клиника Кливленда - некоммерческий академический медицинский центр.Реклама на нашем сайте помогает поддерживать нашу миссию. Мы не поддерживаем продукты или услуги, не принадлежащие Cleveland Clinic. Политика

.

Клапаны в двигателе - как они работают

Газы поступают в камеру сгорания и выходят из нее через каналы в головке блока цилиндров, называемые порта . Этот поток газов регулируется клапанами. Есть два набора клапанов: один для управления впуском, а другой - для выпуска. Клапаны должны создавать минимальные препятствия для потока газов, когда они открыты, и создавать газонепроницаемое уплотнение, когда они закрыты.

На такте впуска впускной клапан будет открыт, и в него может войти смесь воздуха и топлива.Затем клапан закроется, чтобы смесь можно было сжать и сжечь, затем выпускной клапан открывается на такте выпуска, так что сгоревшая смесь может быть вытеснена движением поршня вверх.

Клапаны управляются распределительным валом, который в нужное время толкает каждый клапан - напрямую или через рычажный механизм. Клапаны должны быть синхронизированы с поршнем, чтобы они открывались и закрывались в нужный момент хода поршня. А ремень ГРМ (cambelt по-английски) или цепь привода проходит между коленчатым валом и распределительным валом, связывая их вместе, удерживая их синхронизированными.

Клапан в сборе

В ранних двигателях экспериментировали со всеми типами клапанов, но в течение примерно ста лет автомобильные двигатели использовали одну и ту же конструкцию: тарельчатый клапан.

Каждый клапан расположен в круглом отверстии в крыше камеры сгорания. В закрытом состоянии между клапаном и поверхностью, к которой он прижимается, будет плотное уплотнение, известное как седло клапана . Клапан закрыт пружина клапана который прижимается к диску, прикрепленному к штоку клапана, который называется фиксатор .

Давление, вытесняющее выхлопные газы, сильнее, чем вакуум, вытягивающий воздух и топливо. Давить газы легче, чем всасывать их с помощью вакуума. Вы можете попробовать это самостоятельно, дыша через трубочку для питья, это требует больше времени, чтобы наполнить легкие, чем их опорожнение. Это означает, что выхлопные газы движутся легче, и поэтому впускные клапаны больше (или их больше), чем впускные клапаны, что дает большую площадь для всасываемого потока.

Клапан

Сам клапан состоит из круглой головки, соединенной с длинным штоком.Шток проходит в направляющей клапана и гарантирует, что клапан может двигаться только вверх и вниз, а не покачиваться из стороны в сторону.

Клапан состоит из двух частей, которые затем свариваются. Головка обычно изготавливается из нержавеющей стали, а шток - из высокоуглеродистой стали. Клапаны в основном изготавливаются из закаленной стали или из более экзотических материалов, таких как титан в высокопроизводительных двигателях.

Когда клапан закрыт, он контактирует с поверхностью по периметру порта клапана.Эта поверхность, на которой находится клапан, называется седло клапана . Седло должно быть гладким, поскольку оно обеспечивает уплотняющую поверхность, а максимальный контакт между клапаном и седлом гарантирует, что головка цилиндра может поглощать тепло от клапана. С чугунной головкой седло клапана будет обработано непосредственно в головке, тогда как для более мягких алюминиевых головок, которые не могут противостоять коррозии выхлопных газов, седло клапана будет сделано из более прочного металла и вдавлено в головку.

Впускные и выпускные клапаны нагреваются во время работы.Это тепло должно отводиться, и это тепло в основном передается через поверхность клапана, через седло клапана и в головку цилиндров, где оно уносится протекающей охлаждающей жидкостью. Тепло также проходит вверх по штоку и через направляющие клапана в головку. Штоки некоторых рабочих клапанов заполнены натрием, который плавится и разбрызгивается внутри штока для улучшения теплопередачи.

[Схема теплового потока в клапанах]

Выхлопные клапаны имеют более жесткий срок службы, чем впускные клапаны, они подвергаются более высоким температурам, поскольку горячие выхлопные газы текут вокруг них и за ними.Они проводят свою рабочую жизнь в тесном контакте с горячими едкими выхлопными газами и поэтому изготовлены из особо прочных, жаростойких и устойчивых к коррозии материалов.

Направляющие клапана

Клапаны проходят через отверстие в порту, это отверстие будет облицовано прецизионной фрезерованной трубкой, называемой направляющая клапана . Направляющая клапана очень плотно прилегает к штоку клапана, чтобы предотвратить любое поперечное движение или покачивание. Плотная посадка означает, что поверхность клапана идеально совмещена с седлом клапана.

Этот тесный зазор предотвращает утечку масла в порт, а также помогает предотвратить попадание сжатых газов через шток клапана в головку блока цилиндров.

Направляющие клапана дополнительно уплотнены уплотнение штока клапана , которое в основном представляет собой уплотнительное кольцо, которое плотно прилегает к штоку клапана, предотвращая попадание излишков масла и газов через направляющую клапана в порт. Некоторое количество масла желательно в направляющей клапана для предотвращения износа и обеспечения плавной работы.

Пружина клапана

Каждый клапан удерживается закрытым с помощью пружина клапана .Пружина удерживает клапан в закрытом состоянии, а также удерживает клапанный узел в контакте с распределительным валом или коромыслом, когда клапан открыт. Чтобы открыть клапан, клапанный механизм должен противостоять натяжению пружины. Прочность пружины клапана имеет большое значение.

[Иллюстрация с плавающей запятой клапана]

Слишком сильный, и мы тратим энергию на открытие и закрытие клапанов, а также увеличиваем износ клапанного механизма. Но если пружина слишком слабая, она не сможет закрыть клапан достаточно быстро на высоких скоростях, клапан не будет контактировать с распределительным валом в состоянии, известном как клапан поплавковый чего мы хотим всегда избегать.

Пружина клапана располагается вокруг штока клапана и толкает вверх круглую пластину, называемую фиксатор клапана который заблокирован вокруг штока клапана.

Фиксатор фиксируется на штоке с помощью двух держатели клапанов (также известные как фиксаторы клапана, цанги или замки). Держатели клапана имеют коническую форму и входят в пазы на штоке клапана, предотвращая скольжение фиксатора вверх по штоку.

Подъемники клапанов

Толкатели клапана , также называемый толкатели клапанов или толкатели , представляют собой цилиндрические прокладки, которые находятся между верхней частью штока клапана и кулачком или коромыслом.Подробнее о них мы поговорим в статье о распредвале.

Распредвал

Функция клапанов очень тесно связана с функцией распределительного вала, и они действуют вместе, при этом распределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов. Прочтите статью о распределительном валу, чтобы получить полное представление о клапанной передаче.

Неисправности клапана

Поврежденные клапаны вызовут плохую компрессию и серьезные проблемы с двигателем.Результат отказа клапана в одном цилиндре будет находиться где-то по шкале между неработающим двигателем и плохой работой - в зависимости от количества цилиндров в двигателе.

Отказ клапана почти всегда приводит к потере компрессии в пораженных цилиндрах из-за того, что клапан не герметизирует камеру.

Сгоревшие клапаны

А сгоревший клапан происходит, когда часть поверхности клапана повреждается из-за нагрева или коррозии.Если клапан не сидит идеально из-за изгиба или небольшой трещины, то выхлопные газы могут просачиваться через небольшой участок клапана. Концентрация газов в этой области будет иметь тенденцию разъедать головку клапана, вызывая дальнейший износ. Сгоревший клапан вызовет плохое уплотнение вокруг клапана, что приведет к потере сжатия в цилиндре.

Гнутый клапан

Клапаны находятся в постоянном танце с поршнями, синхронизированными с помощью ремня ГРМ или цепи.Если ремень ГРМ щелкает или подпрыгивает, то мощный поршень может коснуться клапана и это вызовет коленчатый клапан . Двигатель, в котором поршень и клапан могут перекрываться, известен как интерференционная конструкция - большинство современных двигателей имеют интерференционная конструкция . А невмешательский двигатель имеет зазор между поршнем и клапаном, даже когда клапан полностью открыт и поршень находится в верхней части своего хода.

После сгибания клапана он не сможет правильно сесть, что приведет к плохому сжатию.В зависимости от силы контакта между поршнем и клапаном, направляющая клапана может быть повреждена.

.

Движение частиц

Эта идея фокусировки исследуется через:

Противоположные взгляды студентов и ученых

Ежедневный опыт студентов

На этом уровне студенты должны «объяснять поведение и свойства материалов с точки зрения составляющих их частиц и сил, удерживающих их вместе» (стандарты VELS, уровень 6). Однако тот факт, что учащиеся могут рисовать обычные статические расположения частиц в твердых телах, жидкостях и газах, не означает, что они придерживаются полного представления о материи.Исследования показывают, что многие студенты в этом возрасте и старше по-прежнему придерживаются ряда альтернативных представлений о частицах, которые трудно погасить. Они часто не понимают очень маленький размер частиц, приписывают микроскопическим частицам макроскопические свойства, испытывают трудности с пониманием движения частиц во всех состояниях материи и имеют проблемы с пониманием сил между частицами.

Research: Driver (1987)

Многие студенты, которые понимают, что материя представляет собой твердые частицы, все еще сохраняют прежние взгляды и считают, что частицы могут изменять свою форму (от твердого до жидкого), взрываться, гореть, расширяться, изменять форму и цвет или сжиматься.Учащиеся визуализируют атомы, молекулы и ионы как маленькие шарообразные объекты (возможно, из-за способа представления информации), и это способствует их смешению свойств частиц с макроскопической природой материалов, которые они составляют.

Research: Happs (1980)

Эти идеи также рассматриваются в идее фокуса. Макроскопические и микроскопические свойства.

Студенты часто не понимают динамическую природу частиц; они склонны думать о них как о статичных.Студенты могут верить, что частицы газа движутся медленно, подобно тому, как они наблюдают, когда видят взвешенные частицы пыли в луче света. Случайное движение частиц в жидкостях и газах - трудная для понимания концепция. На вопрос: «Почему частицы газа не падают на дно сосуда?» только около 50% студентов думали, что частицы находятся в постоянном движении. Студенты заявили, что частицы раздвигались (под действием тепла как вещества) при нагревании газов.Когда газы конденсировались в жидкость, многие студенты объясняли это увеличением сил притяжения между частицами.

Исследования: Новик и Нуссбаум (1981)

Студентам часто трудно оценить движение частиц в твердых телах, и это приводит к различным представлениям о замораживании и плавлении. Вот несколько примеров того, как студенты думают о поведении частиц в тающей ледяной глыбе:

Студент 1: «Частицы начинают отделяться друг от друга из-за повышения температуры.Когда они отделяются друг от друга, они превращаются из кристаллической формы в форму раствора ».

Студент 2:« Когда кусок льда вынимается из морозильника, резкое изменение температуры реагирует на частицы, заставляющие их уменьшаются в размерах ».

Scientific view

Атомы невероятно малы и их нельзя увидеть даже с помощью самого мощного светового микроскопа. Мы используем несколько моделей атомов, чтобы помочь объяснить химические процессы и описать их поведение.

В газах частицы движутся быстро во всех направлениях, часто сталкиваясь друг с другом и стенками контейнера.С повышением температуры частицы приобретают кинетическую энергию и движутся быстрее. Фактическая средняя скорость частиц зависит от их массы, а также от температуры - более тяжелые частицы движутся медленнее, чем более легкие, при той же температуре. Молекулы кислорода и азота в воздухе при нормальной комнатной температуре быстро перемещаются со скоростью от 300 до 400 метров в секунду. В отличие от столкновений между макроскопическими объектами, столкновения между частицами являются совершенно упругими без потери кинетической энергии.Это сильно отличается от большинства других столкновений, когда некоторая кинетическая энергия преобразуется в другие формы, такие как тепло и звук. Совершенно эластичный характер столкновений позволяет частицам газа продолжать отскакивать после каждого столкновения без потери скорости. Частицы по-прежнему подвержены силе тяжести и ударяются о дно контейнера с большей силой, чем о верх, что придает газу вес. Если бы вертикальное движение молекул газа не замедлялось под действием силы тяжести, атмосфера давно бы покинула Землю.

В жидкостях частицы расположены довольно близко друг к другу и беспорядочно перемещаются по емкости. Частицы быстро движутся во всех направлениях, но сталкиваются друг с другом чаще, чем в газах, из-за более коротких расстояний между частицами. С повышением температуры частицы движутся быстрее, поскольку они набирают кинетическую энергию, что приводит к увеличению частоты столкновений и увеличению скорости диффузии.

В твердом теле частицы упаковываются вместе настолько плотно, насколько это возможно, в аккуратном и упорядоченном расположении.Частицы удерживаются вместе слишком сильно, чтобы их можно было перемещать с места на место, но частицы действительно колеблются относительно своего положения в структуре. С повышением температуры частицы приобретают кинетическую энергию и вибрируют быстрее и сильнее.

Сила притяжения в твердых телах не обязательно должна быть сильнее, чем в жидкостях или газах. Например, силы между твердыми частицами гелия (при -270 ° C) все еще очень слабы. Для сравнения, силы между частицами паров железа (требующие очень высоких температур) очень велики.Если вы сравните разные вещества с одинаковой температурой, то средняя кинетическая энергия частиц будет одинаковой (т. Е. Если частицы имеют одинаковую массу, они будут двигаться с одинаковой скоростью), но силы притяжения в твердых телах будут быть больше, чем в жидкостях, которые будут больше, чем в газах. Силы притяжения не ослабевают, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое, а затем в газообразное, скорее, кинетическая энергия частиц увеличивается (что означает более быстрое движение), позволяя им преодолевать силы притяжения.

Критические идеи обучения

  • Вся материя состоит из атомов, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже в самые мощные световые микроскопы.
  • Частицы во всех состояниях материи находятся в постоянном движении, и это очень быстро при комнатной температуре. Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию и скорость частиц; это не ослабляет силы между ними.
  • Частицы в твердых телах колеблются в фиксированных положениях; даже при очень низких температурах.
  • Отдельные частицы в жидкостях и газах не имеют фиксированного положения и движутся хаотично.
  • Столкновения между частицами отличаются от столкновений между макроскопическими объектами тем, что они совершенно упругие: то есть кинетическая энергия частиц остается постоянной, и во время столкновений энергия не преобразуется в другие формы.

Изучите взаимосвязь между идеями о движении частиц в Карты развития концепций - (химические реакции, состояния вещества)

Студенты этого уровня неоднократно сталкивались с идеями о частицах (включая атомы, ионы и молекулы), однако многие из них сохраняют альтернативные или наивные взгляды на природа частиц, и они могут препятствовать их пониманию.Стремитесь принять стратегии обучения, которые вызывают у учащихся неудовлетворенность их существующими идеями, и продвигать научную концепцию, которая будет правдоподобной, последовательной и полезной в различных ситуациях.

Преподавательская деятельность

Выявление существующих идей учащихся

Важно выяснить предыдущие взгляды большинства студентов в начале обучения, чтобы установить их существующее понимание модели частиц материи.

Спросите студентов, что они думают о размере атомов по сравнению с другими мелкими объектами, такими как клетки, бактерии и вирусы.Это можно сделать, попросив их нарисовать их относительный размер в одном и том же масштабе (шкале, где человеческая клетка равна размеру страницы или плаката). Выразите идею о том, что атомы снова стали намного меньше. Поищите другие занятия, которые помогут укрепить идею о том, что частицы очень и очень маленькие.

Покажите студентам обычные рисунки частиц в твердых телах, жидкостях и газах и спросите их, движутся ли они и с какой скоростью.

Бросить вызов существующим идеям

Здесь актуален ряд вопросов, поднятых в основной идее «Сохранение массы», и взвешивание колбы, содержащей небольшое количество ацетона до и после испарения, может быть использовано для проверки идей студентов о том, что в газовом состоянии вещество легче, и о проблемах со статическими изображениями частиц газа в текстах.Для получения дополнительной информации см .: Сохранение массы.

Помогите учащимся выработать для себя некоторые «научные» объяснения

При небольшом поощрении класс обычно может решить путем обсуждения, что частицы в газах должны падать на дно колбы сильнее, чем на верх, и, следовательно, на них действует сила тяжести. Это может быть расширено, чтобы объяснить, почему атмосфера Земли истончается и в конечном итоге заканчивается - вертикальное движение частиц вверх прекращается.

Содействовать осмыслению и прояснению существующих идей и побуждать студентов выявлять явления, не объясняемые (в настоящее время представленной) научной моделью или идеей

Поскольку частицы нельзя наблюдать напрямую, большая часть обучения включает поиск очевидных проблем или несоответствий с своего рода статические изображения частиц, данные в предыдущие годы.Предложите студентам определить их и обсудить возможные объяснения. Некоторые подсказки:

  • Что задерживает частицы воздуха?
  • Частицы воздуха движутся быстрее в ветреный день?
  • Откуда у газов может быть вес?
  • Почему молекулы воздуха не улетают в космос?

Если необходимо, поднимите подобные вопросы, которые откроют дискуссию, но лучше, если учащиеся предложат некоторые из них сами. Обратите внимание, что многие проблемы связаны с газами - для объяснения именно их свойств нам больше всего нужна модель твердых частиц.

Чтобы усилить понятие упругих столкновений, спросите, что произошло бы, если бы столкновения между частицами газа не были упругими. Какие практические последствия были бы для людей? Это можно представить, бросая различные типы мячей (например, футбольный мяч, мяч для настольного тенниса и надувной мяч (из магазинов игрушек)) и объясняя, что подпрыгивающий мяч ведет себя больше как частицы газа.

Начать обсуждение через общий опыт

Использование таких упражнений, как POE (Predict-Observe-Explain), может помочь учащимся задуматься, а затем подвергнуть сомнению свои существующие идеи.Следующее задание поможет учащимся обдумать свои представления о движении частиц.

Установите две пары колб, каждая из которых соединена клапаном (см. Схемы ниже). Обе пары содержат коричневый диоксид азота в левой колбе.

Эксперименты POE (прогнозировать-наблюдать-объяснять)

У первой пары также есть воздух в правой колбе. Студентов просят предсказать, что произойдет, когда клапан между двумя колбами откроется.Коричневый цвет будет очень медленно распространяться от одной колбы к другой, потому что частицы часто сталкиваются с частицами воздуха.

Вторая пара колб имеет коричневый газ в левой колбе, но правая колба полностью откачана. Студентов снова просят предсказать, что произойдет, когда клапан откроется. Очень высокая скорость молекул означает, что они очень быстро наполняют откачанную колбу.

Эксперименты по диффузии могут укрепить идею движения частиц.Их также можно использовать в качестве POE.

Например:

  • кристалл сульфата меди помещают в агаровый гель; синий цвет медленно распространяется через гель.
  • Кристалл перманганата калия помещают в стакан и медленно добавляют воду. Смотрите изображение. В качестве альтернативы к раствору перманганата калия в бюретке очень медленно добавляют воду.

Броуновское движение также можно наблюдать с помощью стереомикроскопов, когда порошок серы или камфора разбрызгивается на поверхность воды или этанола.

Практикуйтесь в использовании и создайте воспринимаемую полезность научной модели или идеи

Кусок ваты, пропитанный аммиаком, помещается на один конец длинной стеклянной трубки, а другой, пропитанный соляной кислотой (HCl), помещается на другой конец . В конце концов, на стыке двух газов образуется белое кольцо. Два газа имеют одинаковую температуру и, следовательно, частицы имеют одинаковую кинетическую энергию; кольцо образуется ближе к источнику более тяжелой и, следовательно, более медленно движущейся HCl.Это предсказывается путем сравнения относительных молекулярных масс. Наличие в трубке полоски универсальной индикаторной бумаги позволяет отслеживать диффузию газа. Это пример POE, где полезно привлечь внимание студентов к соответствующему разделу науки, прежде чем они сделают свой прогноз, поскольку он создает полезность для концепции относительной молекулярной массы (значений Mr).

Учащимся нужно дать возможность использовать научные концепции теории частиц в других условиях.Попросите студентов понаблюдать, а затем объяснить изменения с точки зрения движения частиц в таких сценариях, как плавление воска или пластика, исчезновение нафталина (нафталина) в шкафу и запах духов, распространяющийся по комнате.

.

Смотрите также