Номер 8.11, страница 46 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 8. Тепловые двигатели - номер 8.11, страница 46.

Условие.

8.11. В каком случае газообразная горючая смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в начале такта «рабочий ход» или в его конце?

Решение.

Решение

Такт «рабочий ход» в двигателе внутреннего сгорания — это процесс расширения горячих газов, образовавшихся после сгорания топливно-воздушной смеси. Эти газы толкают поршень, совершая механическую работу. Для анализа изменения внутренней энергии воспользуемся первым законом термодинамики:

$\Delta U = Q - A$

где $\Delta U$ — изменение внутренней энергии газа, $\text{Q}$ — количество теплоты, переданное газу, а $\text{A}$ — работа, совершённая газом.

В ходе рабочего хода газ расширяется и совершает полезную работу, поэтому $A > 0$. Этот процесс происходит очень быстро, поэтому можно считать его адиабатным, то есть без теплообмена с окружающей средой (стенками цилиндра). Следовательно, $Q \approx 0$.

Подставим эти значения в формулу первого закона термодинамики:

$\Delta U = 0 - A = -A$

Так как работа $\text{A}$ положительна, изменение внутренней энергии $\Delta U$ отрицательно. Это означает, что внутренняя энергия газа в конце процесса ($U_{2}$) меньше, чем в начале ($U_{1}$):

$\Delta U = U_{2} - U_{1} < 0 \Rightarrow U_{2} < U_{1}$

Уменьшение внутренней энергии газа происходит за счёт её преобразования в механическую работу, совершаемую поршнем. Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его температуре, поэтому в ходе рабочего хода газ также и охлаждается.

Следовательно, в начале такта «рабочий ход» внутренняя энергия газообразной смеси максимальна.

Ответ: Газообразная горячая смесь обладает большей внутренней энергией в начале такта «рабочий ход».