Номер 5, страница 283 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 58. Адиабатный процесс. 10. Термодинамика. Молекулярная физика - номер 5, страница 283.

Условие.

5. Как используется адиабатное сжатие в дизельном двигателе (см. рис. 231)?

Сжатие и расширение газа в цилиндре дизельного двигателя

Решение.

5. В дизельном двигателе используется принцип воспламенения топлива от сжатия. Работа двигателя внутреннего сгорания состоит из нескольких тактов. Во время такта сжатия поршень, двигаясь вверх, очень быстро сжимает находящийся в цилиндре воздух. Этот процесс происходит настолько быстро, что теплообмен с окружающей средой практически отсутствует, поэтому его можно считать адиабатным.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($ \Delta U $) равно сумме работы ($ A $), совершенной над системой, и количества теплоты ($ Q $), переданного системе:

$ \Delta U = A + Q $

При адиабатном процессе теплообмен с окружающей средой равен нулю, то есть $ Q = 0 $. Работа совершается над газом (воздухом), поэтому она положительна ($ A > 0 $). Следовательно, вся работа, совершаемая при сжатии, идет на увеличение внутренней энергии воздуха:

$ \Delta U = A $

Для идеального газа внутренняя энергия прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Поэтому увеличение внутренней энергии воздуха приводит к его значительному нагреву. В дизельных двигателях воздух сжимается в 14–25 раз, что позволяет поднять его температуру до 700–900 °C.

В конце такта сжатия, когда воздух максимально сжат и раскален, в цилиндр через форсунку (как показано на рис. 231) впрыскивается мелко распыленное дизельное топливо. При контакте с горячим воздухом топливо самовоспламеняется без необходимости в свече зажигания, которая используется в бензиновых двигателях. Происходит сгорание топлива, и образовавшиеся газы, расширяясь, толкают поршень вниз, совершая полезную работу (рабочий ход).

Таким образом, адиабатное сжатие является ключевым процессом, который обеспечивает создание в цилиндре двигателя высокой температуры, достаточной для самовоспламенения дизельного топлива.

Ответ: Адиабатное сжатие в дизельном двигателе используется для сильного нагрева воздуха в цилиндре до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива. В конце такта сжатия в этот раскаленный воздух впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется, приводя двигатель в действие. Это устраняет необходимость в системе зажигания со свечами.