140

สปดาหท 8 แผนบทเรยน

เรอง วฎจกรคารโนต (Carnot Cycle)

141

แผนการจดการเรยนร แบบมงเนนสมรรถนะอาชพ และบรณาการตามหลกปรชญาของเศรษฐกจพอเพยง

/ ผล 5 มต / นโยบาย 3 D และ 11 ด 11 เกง รหสวชา 3101-2002 วชา งานสนดาปภายใน หนวยท 6 ชอหนวย วฎจกรคารโนต (Carnot Cycle) ชอเรอง วฎจกรคารโนต (Carnot Cycle) จ านวน 3 ชวโมง

1. สาระส าคญ 1. วฎจกรคารโนต เปน วฎจกรทใหประสทธภาพเชงความรอนสงกวาวฎจกรอน ๆ ถาวฎจกรเหลานนท างานในชวงอณหภมเดยวกนวฎจกรคารโนต เปนวฎจกรพนฐานของเครองยนตความรอนทกแบบทกชนดสารตวกลางทใชในวฎจกรคารโนต อาจเปนกาซอดมคต หรอของไหลชนดอน ๆ กได วฎจกรคารโนตจะประกอบดวย 4 กระบวนการ

2. สมรรถนะประจ าหนวยการเรยนร 1.สามารถอธบายความหมายของวฎจกรคารโนตไดอยางถกตอง 2.สามารถค านวณหาคาความรอนของวฎจกรไดอยางถกตอง 3.สามารถค านวณหาคางานของวฎจกรไดอยางถกตอง 4.สามารถค านวณหาคาประสทธภาพของวฎจกรไดอยางถกตอง 5.มความรบผดชอบ ตามงานทมอบหมาย (บรณาการปรชญาเศรษฐกจพอเพยง)

3. จดประสงคการเรยนร

3.1 จดประสงคทวไป 1.สามารถอธบายความหมายของวฎจกรคารโนตไดอยางถกตอง 2.สามารถค านวณหาคาความรอนของวฎจกรไดอยางถกตอง 3.สามารถค านวณหาคางานของวฎจกรไดอยางถกตอง 4.สามารถค านวณหาคาประสทธภาพของวฎจกรไดอยางถกตอง 5.มความรบผดชอบ ตามงานทมอบหมาย (บรณาการปรชญาเศรษฐกจพอเพยง)

142

3.2 จดประสงคเชงพฤตกรรม 1.นกศกษาสามารถค านวณหาคาความรอนทถายเทของวฎจกรไดอยางถกตอง 2.นกศกษาสามารถค านวณหาคางานของวฎจกรไดอยางถกตอง 3.นกศกษาสามารถค านวณหาคาประสทธภาพของวฎจกรไดอยางถกตอง 4.นกศกษามความรบผดชอบ ตามงานทมอบหมาย (บรณาการปรชญาเศรษฐกจพอเพยง)

4. หวขอเรอง/เนอหาสาระการสอน/การเรยนร 4.1 ดานความร

- วฎจกรคารโนต (Carnot Cycle) 4.2 ดานทกษะหรอปฏบต

- การค านวณหาคาปรมาณความรอน - การค านวณหางาน

- การค านวณหาคาประสทธภาพ 4.3 ดานคณธรรม/จรยธรรม/จรรยาบรรณ/บรณาการเศรษฐกจพอเพยง

- ความมวนย : การแตงกาย , การตรงตอเวลา - ความรบผดชอบ : ท างานเสรจทนตามเวลาท ก าหนด - ความสนใจใฝร : มความสนใจในการหาความรเพมเตม , การกระตอรอรนทจะเรยนร - ความมมนษยสมพนธ : ยอมรบความคดเหนผอน - ความอดทน อดกลน : มสตควบคมอารมณไดด - ความซอสตยสจรต : ไมน าผลงานผอนมาแอบอางเปนของตน - การประหยด : ใชวสดทเหมาะสมกบงาน , ปดไฟฟา ทกครงทเลกใช

- ความกตญญกตเวท : อาสาชวยเหลอและถอของชวยคร –อาจารย

143

5. กจกรรมการเรยนการสอนหรอการเรยนร

ขนตอนการสอนหรอกจกรรมคร ขนตอนการเรยนหรอกจกรรมของผเรยน

ขนน าเขาสบทเรยน (10 นาท ) 1. นกเรยนรจก วฎจกรคารโนต (Carnot Cycle) หรอไม

ใชท าอะไร ขนการสอน (2 ชวโมง ) 1. ครอธบายสตรของวฎจกรคารโนต (Carnot Cycle) 2. ครสาธตตวอยาง 1.1

3. ครเปดโอกาสใหชกถามขอสงสย ขนพยายาม (20 นาท) 1. ครใหท าแบบฝกหด 2 ขอ ขนสรป ( 50 นาท ) 1. ครใหสงแบบฝกหด 2. ครเฉลยแบบฝกหด 3. ครสรปเนอหาเพมเตม

1. ผเรยนทงชน แสดงความคดเหนตาม

หวขอทครชกถาม 1. ผเรยนทงหมดตงใจฟงการบรรยาย 2. ผเรยน ตงใจฟงการบรรยายและจดบนทก

เนอหาจากค าบรรยายใสสมด 3. ผเรยนชกถามขอสงสย 1. ผเรยนน าแบบฝกหด 2 ขอ

1. ผเรยนท าแบบฝกหดสง 2. ผเรยนทราบเฉลย 3. ผเรยนทงหมดตงใจฟง

144

6. สอการเรยนการสอน/การเรยนร 6.1 สอสงพมพ

1. หนงสองานสนดาปภายใน 2. เอกสารประกอบการสอน 3. แบบฝกหด 2 ขอ

6.2 สอโสตทศน - 6.3 สอของจรง -

7. แหลงการเรยนการสอน/การเรยนร 7.1 ภายในสถานศกษา 1. ตกวทยบรการ 2. หองสมดชมรมวชาชพชางยนต 3. หอง Internet ชางยนต 7.2 ภายนอกสถานศกษา 1. หองสมดมหาวทยาลยมหาสารคาม 2. หองสมดมหาวทยาลยราชภฎมหาสารคาม

3. ราน Internet

8. งานทมอบหมาย 8.1 กอนเรยน

- 8.2 ขณะเรยน

- ใหผเรยนจดค าอธบาย ประกอบการบรรยายของคร - ใหผเรยนท าแบบฝกหด

8.3 หลงเรยน - ใหผเรยนเฉลยแบบฝกหด - ใหผเรยนไปศกษา เรอง กฎของเทอรโมไดนามกส มาลวงหนา

145

9. ผลงาน/ชนงาน ทเกดจากการเรยนรของผเรยน -

10. เอกสารอางอง ชนะชย กสภาร. เครองยนตสนดาปภายใน. พมพครงท8, กรงเทพฯ: โรงพมพชวนพมพ

มนตร พรณเกษตร. เทอรโมไดนามกส.พมพครงท2, กรงเทพฯ: วทยพฒน

รงสรย ใจเขอนแกว. เครองยนตสนดาปภายในและภายนอก. พมพครงท7, กรงเทพฯ: ซเอดยเคชน

วนจ นวาศะบตร. การวเคราะหการสนดาป. พมพครงท7, กรงเทพฯ: โรงพมพเจรญธรรม, 2527

11. การบรณาการ/ความสมพนธกบรายวชาอน

วชา เทอรโมไดนามกส เรอง กฎทางเทอรโมไดนามกส

12. หลกการประเมนผลการเรยน 12.1 กอนเรยน

- สงเกตจากค าถาม ของผเรยน 12.2 ขณะเรยน

- สงเกตจากค าถาม ของผเรยน 12.3 หลงเรยน

- แบบฝกหด

13. รายละเอยดการประเมนผลการเรยน 13.1 คะแนนระหวางภาคเรยน รอยละ 80 ไดจาก - ผลจากแบบทดสอบหลงเรยน รอยละ 20 - ผลจากใบงาน รอยละ 20 - ผลจากการปฏบตงานกลม รอยละ 30 - ผลจากแบบฝกหด รอยละ 10 13.2 คะแนนคณธรรมและ จรยธรรม รอยละ 20 ไดจาก - ความตรงตอเวลา รอยละ 5 - ความมระเบยบ วนย รอยละ 5 - ความรบผดชอบ รอยละ 5 - ความซอสตย รอยละ 5

146

การประเมนผล น าคะแนนทไดจากการวดผลมาประเมน โดยยดหลกเกณฑการประเมนผลของวทยาลยเทคนคมหาสารคาม ซงก าหนดดงน

อตราคะแนน ระดบคะแนน

80 – 100 4.0 75 – 79 3.5 70 – 74 3.0 65 – 69 2.5 60 – 64 2.0 55 – 59 1.5 50 – 54 1.0 0 – 49 0

147

แผนการสอน หนวยท 6 วชา งานสนดาปภายใน สอนครงท 8 หนา 1 ชอหนวย วฎจกรคารโนต (Carnot Cyle) จ านวน 3 ชวโมง

วฏจกรของคารไนต (Carnot Cycle) Nicelas leonend Sodi Carnot เปนวทศวกรชาวฝรงเศสคนแรกทประยกตกฎขอท 2 ของเทอรโมไดนามกส เขากบหลกการทางเครองจกรกลในป ค.ศ. 1824 นบจากนนไดมการปรบปรงและเปลยนแปลงเทคโนโลยเครองจกรความรอนเรอยมาจนถงปจจบน หลกของคารไนตแสดงใหเหนวา เครองจกรความรอนประเภท Reversobble engines จะมประสทธภาพสงสดถามแหลงรบความรอนทมอณหภมสงทสด และมทถายเทความรอนอณหภมต าทสด หรออาจกลาวอกนยหนงวาประสทธภาพเชงความรอนของวฏจกรคารไนตขนอยกบความแตกตางระหวางอณหภมของแหลงรบและถายเทความรอน เขาจงจ าลองวฏจกรโดยก าหนดใหการรบและถายเทความรอนเปนแบบ isothermal สวนอกสองกระบวนการเปลยนแปลงเปนการอดและขยายตวแบบ isentroplc โดยมล าดบการเลอกกระบวนการเปลยนแปลงในวฏจกรดงน

qin

TH = 2

3

1

4

Wnet

qout TL =

S =

S =

P

V

2

3

1

4

qin

qout

TL

TH

T

Sa b

S =

S=

( ) P-V ( ) T-S พจารณา P – V ไดอะแกรม

148

แผนการสอน หนวยท 6 วชา งานสนดาปภายใน สอนครงท 8 หนา 2 ชอหนวย วฎจกรคารโนต (Carnot Cyle) จ านวน 3 ชวโมง

กระบวนการ 1-2 เปนการขยายตวแบบไอโซเทอรมอล งานทท า 1W2 = P1 V1 ln = mRT1 ln …………….. 1

จาก Q = U + W ; U = 0 ดงนน 1Q2 = W 1Q2 = mRT1 ln ……………... 2

กระบวนการ 2-3 ขยายตวแบบอะเดยบาตก งานทท า W2 = = ……………… 3

Q = U + W ; Q = 0 U = -W กระบวนการ 3-4 การอดตวแบบไอโซเทอรมอล งานทท า 3W4 = P3 V3 ln = -P3 V3 ln ……………….. 4

= -mRT3 ln

ความรอน 3Q4 = 3W4 = mRT3 ln ……………..... 5

กระบวนการ 4-1 การอดตวแบบอะเดยบาตก งานทท า 4W1 = = =

งานสทธทไดครบวฎจกร W = 1W2 + 2W3 + 3W4 + 4W1

W = mRT1 ln = = = -mRT3 ln =

จากกระบวนการไอโซเทอรมอล T1 = T2 และ T3 = T4 ดงนน W = mRT1 ln = -mRT3 ln …………………… 6

149

แผนการสอน หนวยท 6 วชา งานสนดาปภายใน สอนครงท 8 หนา 3 ชอหนวย วฎจกรคารโนต (Carnot Cyle) จ านวน 3 ชวโมง

ส าหรบกระบวนการ 1-4 ไดวา = ……………….. 7

ส าหรบกระบวนการ 2-3 ไดวา = ………………. 8

จากสตร T1 = T2 ; T3 = T4 =

จากสมการ 7 และ 8 =

= หรอ = …………………. 9

จากสมการ 5 แทนในสมการ 6

W = . …………………. 10

ประสทธภาพทางความรอน th

th = =

= =

= 1-

จาก =

th = 1 -

th = 1 - ……………………….. 11

150

แผนการสอน หนวยท 6 วชา งานสนดาปภายใน สอนครงท 8 หนา 4 ชอหนวย วฎจกรคารโนต (Carnot Cyle) จ านวน 3 ชวโมง

ตวอยางท 1 วฎจกรคารโนต มขดจ ากดอณหภมของวฎจกรคอ 260 oC กบ 21 oC จงหา ประสทภาพทางความรอนของวฎจกร ก าหนดให = 1.4

qin

TH = 2

3

1

4

Wnet

qout TL =

S =

S =

P

V

2

3

1

4

qin

qout

TL

TH

T

Sa b

S =

S=

( ) P-V ( ) T-S วธท า T1 = T2 = 260 + 273.2 = 533.2 K T3 = T4 = 21 + 273.2 = 294.2 K = 1.4 หาประสทธภาพ th th = = = 0.448 หรอ = 44.8

151

แผนการสอน หนวยท 6 วชา งานสนดาปภายใน สอนครงท 8 หนา 5 ชอหนวย วฎจกรคารโนต (Carnot Cyle) จ านวน 3 ชวโมง

แบบฝกหด 1.กลวตรของเครองยนตชนดหนงทใหประสทธภาพเชงความรอนสงทสด ถาอณหภมระหวางแหลงเกบความรอนทงสองเปน 800 oC และ 15 oC ตามล าดบ จงค านวณหาประสทธภาพเชงความรอนกลวตรนน (73.2 %) วธท า จากสตร th = = = 0.731 หรอ = 73.1 % 2. ใน Air Standard Carnot Cycle ไดรบความรอน 100 kJ/kg ทอณหภม 1200 K และความรอนคายออกทอณหภม 300 K ความดนต าสดของกลวตรมคาเทากบ 0.1 Mpa สมมตวาความจความรอนจเพาะของอากาศทมคาคงทของกลวตรจงหาประสทธภาพเชงความรอนของกลวตรน (75%) วธท า จากสตร th =

= = 0.75 หรอ = 75 %

152

บนทกผลหลงการจดการเรยนรแบบมงเนนสมรรถนะอาชพและบรณาการตามหลกปรชญาของเศรษฐกจพอเพยง/ ผล 5 มต / นโยบาย 3 D และ 11 ด 11 เกง

รายการ ระดบการปฏบต

5 4 3 2 1

ดานการเตรยมการสอน 1. จดหนวยการเรยนรไดสอดคลองกบวตถประสงคการเรยนร 2. ก าหนดเกณฑการประเมนครอบคลมทงดานความร ดานทกษะ และดานจตพสย 3. เตรยมวสด-อปกรณ สอ นวตกรรม กจกรรมตามแผนการจดการเรยนรกอนเขาสอน ดานการจดกจกรรมการเรยนร 4. มวธการน าเขาสบทเรยนทนาสนใจ 5. มกจกรรมทหลากหลาย เพอชวยใหผเรยนเกดการเรยนร ความเขาใจ 6. จดกจกรรมทสงเสรมใหผเรยนคนควาเพอหาค าตอบดวยตนเอง 7. นกเรยนมสวนรวมในการจดกจกรรมการเรยนร 8. จดกจกรรมทเนนกระบวนการคด ( คดวเคราะห คดสงเคราะห คดสรางสรรค ) 9. กระตนใหผเรยนแสดงความคดเหนอยางเสร 10. จดกจกรรมการเรยนรทเชอมโยงกบชวตจรงโดยน าภมปญญา/บรณาการเขามามสวนรวม 11. จดกจกรรมโดยสอดแทรกคณธรรม จรยธรรม 12. มการเสรมแรงเมอนกเรยนปฏบต หรอตอบถกตอง 13. มอบหมายงานใหเหมาะสมตามศกยภาพของผเรยน 14. เอาใจใสดแลผเรยน อยางทวถง 15. ใชเวลาสอนเหมาะสมกบเวลาทก าหนด ดานสอ นวตกรรม แหลงการเรยนร 16. ใชสอทเหมาะสมกบกจกรรมและศกยภาพของผเรยน 17. ใชสอ แหลงการเรยนรอยางหลากหลาย เชน บคคล สถานท ของจรง เอกสาร สออเลกทรอนกส และอนเทอรเนต เปนตน

ดานการวดและประเมนผล 18. ผเรยนมสวนรวมในการก าหนดเกณฑการวดและประเมนผล 19. ประเมนผลอยางหลากหลายและครบทงดานความร ทกษะ และจตพสย 20. คร ผเรยน ผปกครอง หรอ ผทเกยวของมสวนรวม ในการประเมน หมายเหต ระดบการปฏบต 5 = ปฏบตดเยยม 4 = ปฏบตด 3 = ปฏบตพอใช 2 = ควรปรบปรง 1 = ไมมการปฏบต

รวม

คาเฉลย

153

บนทกหลงสอน ปญหา และแนวทางแกปญหา ปญหาทพบ แนวทางแกปญหา

ดานการเตรยมการสอน

…………………………………………………….. …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

……………………………………………………. …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

ดานการจดกจกรรมการเรยนร

…………………………………………………….. …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

…………………………………………………….. …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

ดานสอ นวตกรรม แหลงการเรยนร

…………………………………………………….. …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

…………………………………………………….. …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

ดานการวดและประเมนผล

…………………………………………………….. …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

…………………………………………………….. …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

ดานอนๆ (โปรดระบเปนขอๆ) …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

…………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..

ลงชอ ........................................................................ ครผสอน

(....................................................................) ต าแหนง ....................................................................... ............../.................................../...................

154

บนทกการนเทศและตดตาม

วน-เดอน-ป เวลา รายการนเทศและตดตาม ชอ-สกล ผนเทศ ต าแหนง