Номер 309, страница 48 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели - номер 309, страница 48.

Условие.

309. Когда газ в цилиндре двигателя обладает большей внутренней энергией — после проскакивания искры или к концу рабочего хода? Почему?

Решение.

Решение

Газ в цилиндре двигателя обладает большей внутренней энергией сразу после проскакивания искры.

Это происходит по следующим причинам:

1. Процесс после проскакивания искры. Искра зажигает сжатую топливно-воздушную смесь. Происходит очень быстрая химическая реакция горения, в результате которой химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию. Эта энергия передается продуктам сгорания (газу), что приводит к резкому увеличению их внутренней энергии. Температура и давление газа в этот момент достигают максимальных значений.

2. Процесс в течение рабочего хода. После воспламенения начинается рабочий ход — такт расширения. Находящийся под высоким давлением и с высокой температурой газ расширяется, толкая поршень вниз. При этом газ совершает механическую работу. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии $ \Delta U $ равно разности количества теплоты, подведенной к газу $ Q $, и работы $ A $, совершенной газом:

$ \Delta U = Q - A $

В ходе рабочего хода газ совершает положительную работу ($ A > 0 $), то есть расходует свою внутреннюю энергию на движение поршня. Кроме того, часть тепла от горячего газа передается более холодным стенкам цилиндра ($ Q < 0 $). Оба этих процесса — совершение работы и теплоотдача — приводят к уменьшению внутренней энергии газа. Поэтому к концу рабочего хода внутренняя энергия газа становится значительно меньше, чем была в его начале.

Ответ: Газ в цилиндре обладает большей внутренней энергией после проскакивания искры, так как в этот момент в результате сгорания топлива выделяется максимальное количество теплоты, которое и определяет внутреннюю энергию газа. В течение рабочего хода эта внутренняя энергия преобразуется в механическую работу и частично передается окружающим телам, поэтому к концу хода она уменьшается.