Номер 8.4, страница 46 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 8. Тепловые двигатели - номер 8.4, страница 46.

Условие.

8.4. Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания?

Решение.

8.4. При сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) происходит следующая цепь взаимосвязанных физических явлений:

1. Преобразование химической энергии в тепловую. Сгорание топлива — это быстрая экзотермическая химическая реакция. В ходе этой реакции химическая энергия, запасенная в молекулах топливно-воздушной смеси, высвобождается и переходит во внутреннюю энергию продуктов сгорания (газов). Это вызывает резкое повышение их температуры до 2000–2500 °C.

2. Резкое повышение давления. Процесс сгорания происходит в практически постоянном объеме (поршень находится вблизи верхней мертвой точки). Согласно уравнению состояния идеального газа $p = nkT$ (где $\text{p}$ – давление, $\text{n}$ – концентрация молекул, $\text{k}$ – постоянная Больцмана, $\text{T}$ – температура), резкое повышение температуры $\text{T}$ и некоторое увеличение числа молекул $\text{n}$ в результате реакции приводят к скачкообразному росту давления газов в цилиндре до 6–10 МПа (60–100 атмосфер) и выше.

3. Совершение механической работы. Газы, находящиеся под огромным давлением, давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Происходит расширение газа, в ходе которого его внутренняя энергия преобразуется в механическую работу. Этот процесс описывается первым началом термодинамики: работа газа $\text{A}$ совершается за счет уменьшения его внутренней энергии $\Delta U$ и полученного количества теплоты $\text{Q}$. Для быстрого процесса расширения его можно считать близким к адиабатическому, тогда $A = -\Delta U$. Газ, совершая работу, охлаждается.

4. Теплопередача. Не вся внутренняя энергия газа преобразуется в полезную работу. Значительная её часть (около 25–35%) передается через стенки цилиндра, головку блока и поршень системе охлаждения. Это неизбежные тепловые потери, которые снижают коэффициент полезного действия (КПД) двигателя.

Ответ: Основные физические явления при сгорании смеси в ДВС — это преобразование химической энергии в тепловую, резкое повышение температуры и давления газов, последующее преобразование тепловой энергии газов в механическую работу при их расширении и неизбежная потеря части энергии за счет теплопередачи.