Номер 27, страница 109, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 12. Тепловые двигатели - номер 27, страница 109.

Условие.

27. В какой момент давление в цилиндре двигателя внутреннего сгорания больше: до сгорания в нём горючей смеси или после? Обоснуйте свой ответ.

Решение.

Решение

Давление в цилиндре двигателя внутреннего сгорания значительно больше после сгорания в нём горючей смеси. Обоснование этого факта следует из законов термодинамики.

1. В конце такта сжатия горючая смесь (пары топлива и воздух) уже находится под некоторым давлением и имеет повышенную температуру из-за адиабатического сжатия.

2. Затем происходит воспламенение смеси от искры. Сгорание — это очень быстрая экзотермическая химическая реакция, в результате которой выделяется огромное количество тепловой энергии. Этот процесс происходит так быстро (почти мгновенно), что поршень не успевает значительно переместиться, и объём газа в цилиндре можно считать практически постоянным ($V \approx \text{const}$). Такой процесс называется изохорным.

3. Связь между давлением ($\text{P}$), объёмом ($\text{V}$) и абсолютной температурой ($\text{T}$) газа описывается уравнением состояния идеального газа: $PV = \nu RT$. Для замкнутого объёма ($V = \text{const}$) и практически постоянного количества вещества ($\nu \approx \text{const}$), давление прямо пропорционально абсолютной температуре:

$P \sim T$

Это соотношение известно как закон Шарля.

4. Выделение большого количества тепла при сгорании приводит к резкому и значительному увеличению температуры газа в цилиндре (температура может возрастать в несколько раз, достигая 2000–2500 °C). Вследствие прямой пропорциональности между давлением и температурой, давление в цилиндре также резко и многократно возрастает.

Именно это высокое давление, созданное продуктами сгорания, толкает поршень вниз, совершая полезную работу во время рабочего хода.

Ответ: Давление в цилиндре больше после сгорания горючей смеси. Это происходит потому, что сгорание является быстрым процессом, выделяющим большое количество тепла, что приводит к резкому повышению температуры газов. Согласно закону Шарля, при постоянном объёме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре, поэтому давление также скачкообразно возрастает.