Номер 917, страница 99 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

8 класс. Тепловые явления. 37. Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина. КПД теплового двигателя - номер 917, страница 99.

Решение.

Решение

Внутренняя энергия идеального газа является функцией его температуры. Она определяется по формуле $U = \frac{i}{2} \nu R T$, где $\text{U}$ — внутренняя энергия, $\text{i}$ — число степеней свободы, $\nu$ — количество вещества, $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная, а $\text{T}$ — абсолютная температура. Следовательно, вопрос сводится к тому, в какой из моментов температура газа в цилиндре выше.

Сразу после проскакивания искры происходит воспламенение и сгорание топливно-воздушной смеси. Этот процесс происходит очень быстро, практически при постоянном объеме, и сопровождается выделением большого количества теплоты за счет химической реакции горения. В результате температура и давление газа в цилиндре резко возрастают, достигая максимальных значений. Именно в этот момент внутренняя энергия газа наибольшая.

Далее начинается рабочий ход: под действием высокого давления горячий газ расширяется, толкая поршень. При расширении газ совершает механическую работу. Согласно первому началу термодинамики, изменение внутренней энергии системы равно разности между количеством теплоты, переданной системе, и работой, совершенной системой: $\Delta U = Q - A$. В ходе рабочего хода газ совершает работу ($A > 0$), и часть его внутренней энергии преобразуется в механическую энергию. Кроме того, происходит теплообмен со стенками цилиндра, в результате которого газ отдает часть теплоты ($Q < 0$). Оба эти процесса приводят к уменьшению внутренней энергии газа, а следовательно, и к понижению его температуры.

Таким образом, к концу рабочего хода внутренняя энергия газа становится значительно меньше, чем была в его начале.

Ответ: Внутренняя энергия газа в цилиндре двигателя внутреннего сгорания больше после проскакивания искры, так как в этот момент в результате сгорания топлива температура газа максимальна. К концу рабочего хода газ совершает работу и охлаждается, поэтому его внутренняя энергия уменьшается.