Номер 8.18, страница 47 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 8. Тепловые двигатели - номер 8.18, страница 47.

Условие.

8.18. Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания во время такта «рабочий ход» понижается?

Решение.

Решение

Процесс, происходящий с газом в двигателе внутреннего сгорания во время такта «рабочий ход», можно описать с помощью первого закона термодинамики. Этот закон связывает изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) с количеством полученной теплоты ($\text{Q}$) и совершённой системой работой ($\text{A}$):

$\Delta U = Q - A$

Рассмотрим этот процесс подробнее:

1. Совершение работы ($\text{A}$). Во время рабочего хода горячие газы, образовавшиеся после сгорания топлива, с большой силой давят на поршень и толкают его вниз. Таким образом, газ расширяется и совершает положительную механическую работу ($A > 0$). Эта работа и является полезной работой двигателя.

2. Теплообмен ($\text{Q}$). Такт рабочего хода происходит очень быстро, за доли секунды. За такое короткое время газ не успевает обменяться значительным количеством теплоты со стенками цилиндра. Поэтому этот процесс можно считать близким к адиабатному, то есть процессом без теплообмена с окружающей средой. В этом случае $Q \approx 0$.

Подставив эти условия в первый закон термодинамики, получим:

$\Delta U \approx 0 - A$, следовательно, $\Delta U \approx -A$.

Поскольку работа, совершаемая газом, положительна ($A > 0$), изменение его внутренней энергии $\Delta U$ будет отрицательным ($\Delta U < 0$). Это означает, что внутренняя энергия газа уменьшается.

Внутренняя энергия идеального газа (модель, хорошо описывающая поведение газов при высоких температурах) напрямую зависит от его температуры. Уменьшение внутренней энергии газа неизбежно приводит к понижению его температуры.

Таким образом, газ совершает работу по перемещению поршня за счет своей собственной внутренней энергии, что и является причиной его охлаждения.

Ответ: Температура газа в двигателе во время такта «рабочий ход» понижается, так как газ, расширяясь, совершает механическую работу. Эта работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии самого газа, что приводит к его охлаждению. Процесс происходит настолько быстро, что теплообмен с окружающей средой незначителен (процесс адиабатный).