Номер 1, страница 69 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 17. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива. Обсудить в классе - номер 1, страница 69.

Условие.

1. Почему расход топлива автомобилем в городском цикле всегда больше расхода топлива на шоссе?

Решение.

1. Расход топлива автомобилем в городском цикле всегда выше, чем на шоссе, из-за совокупности нескольких ключевых факторов, связанных с характером движения.

Во-первых, это неравномерный режим движения. В городе автомобиль постоянно разгоняется и тормозит. Для разгона двигателя необходимо совершить работу по увеличению кинетической энергии автомобиля, которая определяется формулой $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ — масса автомобиля, а $\text{v}$ — его скорость. Эта энергия получается за счёт сжигания топлива. При последующем торможении почти вся накопленная кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию (тепло) в тормозных механизмах и бесполезно рассеивается в окружающей среде. На шоссе же автомобиль движется с относительно постоянной скоростью, и двигателю нужно лишь совершать работу для преодоления сил сопротивления (сопротивления воздуха и трения качения), без постоянных затрат энергии на разгон. Таким образом, частые циклы "разгон-торможение" в городе приводят к огромным потерям энергии и, как следствие, к перерасходу топлива.

Во-вторых, это работа двигателя на холостом ходу. В городском цикле значительное время автомобиль проводит с работающим двигателем, но без движения — в пробках, на светофорах. В режиме холостого хода двигатель продолжает потреблять топливо для поддержания своей работы, однако автомобиль не движется, то есть полезная работа (перемещение) не совершается. Это приводит к тому, что показатель расхода топлива, измеряемый в литрах на 100 км, резко возрастает, так как пройденный путь в знаменателе стремится к нулю, а расход топлива в числителе — нет.

В-третьих, это неоптимальный режим работы двигателя. Двигатель внутреннего сгорания имеет максимальный коэффициент полезного действия (КПД) в довольно узком диапазоне оборотов и нагрузок. Этот оптимальный режим обычно достигается при движении на высшей передаче с постоянной крейсерской скоростью, что характерно для езды по шоссе. В городе из-за низких скоростей и постоянных разгонов автомобиль чаще движется на низших передачах, а двигатель работает в неоптимальных, менее экономичных режимах с низким КПД.

Ответ: Расход топлива в городе выше из-за частого чередования разгонов и торможений, при которых энергия, затраченная на набор скорости, теряется в виде тепла; из-за длительной работы двигателя на холостом ходу (в пробках и на светофорах), когда топливо потребляется без совершения полезной работы; а также из-за работы двигателя в неоптимальных, менее экономичных режимах на низких передачах.