Номер 8.20, страница 47 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 8. Тепловые двигатели - номер 8.20, страница 47.

Условие.

8.20. Когда внутренняя энергия рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания больше: в конце такта «всасывание» или в конце такта «сжатие»? Почему?

Решение.

Решение

Внутренняя энергия $\text{U}$ идеального газа (модель, применимая к рабочей смеси) прямо пропорциональна его абсолютной температуре $\text{T}$. Это следует из формулы $U = \frac{i}{2} \nu R T$, где $\text{i}$ – число степеней свободы молекул, $\nu$ – количество вещества, $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная. Следовательно, чтобы сравнить внутреннюю энергию смеси в конце тактов «всасывание» и «сжатие», необходимо сравнить её температуру в этих состояниях.

В конце такта «всасывание» цилиндр заполнен рабочей смесью при определённых начальных температуре и давлении.

Во время следующего такта — «сжатие» — поршень, двигаясь вверх, совершает работу над газом, уменьшая его объём. Изменение внутренней энергии газа $\Delta U$ описывается первым законом термодинамики: $\Delta U = A' + Q$, где $A'$ – работа, совершённая над газом внешними силами, а $\text{Q}$ – количество теплоты, переданное газу.

Процесс сжатия в двигателе происходит очень быстро, поэтому теплообменом между газом и стенками цилиндра можно пренебречь. Такой процесс считается адиабатным, то есть $Q \approx 0$. При сжатии объём газа уменьшается, поэтому работа внешних сил над газом положительна ($A' > 0$).

Таким образом, для такта сжатия первый закон термодинамики принимает вид: $\Delta U = A' > 0$. Это означает, что внутренняя энергия газа увеличивается. Рост внутренней энергии приводит к значительному повышению температуры и давления рабочей смеси.

Следовательно, внутренняя энергия рабочей смеси в конце такта сжатия оказывается больше, чем в конце такта всасывания.

Ответ: Внутренняя энергия рабочей смеси больше в конце такта «сжатие». Это обусловлено тем, что в процессе адиабатного сжатия поршень совершает над смесью положительную механическую работу, которая полностью преобразуется в её внутреннюю энергию, что приводит к росту температуры.