Номер 34, страница 7 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия и способы её изменения - номер 34, страница 7.

Условие.

34. Почему температура выхлопных газов ниже температуры, достигаемой в цилиндре двигателя?

Решение.

Решение

Температура в цилиндре двигателя внутреннего сгорания достигает своего максимального значения (порядка 2000–2500 °C) в момент воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси. В этот момент начинается такт рабочего хода.

Во время рабочего хода образовавшиеся горячие газы, находясь под огромным давлением, начинают расширяться. Расширяясь, они толкают поршень вниз, совершая при этом механическую работу. Эта работа и является полезной работой, которая в конечном итоге приводит в движение автомобиль.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($ \Delta U $) равно разности между количеством теплоты, подведенной к системе ($ Q $), и работой ($ A $), совершённой системой:

$ \Delta U = Q - A $

Процесс расширения газов в цилиндре происходит очень быстро, поэтому его можно считать близким к адиабатному, то есть процессу без теплообмена с окружающей средой ($ Q \approx 0 $). В этом случае работа совершается газом исключительно за счёт уменьшения его собственной внутренней энергии:

$ A = -\Delta U $

Внутренняя энергия газа напрямую связана с его температурой. Когда газ совершает работу, его внутренняя энергия уменьшается, что неизбежно ведёт к понижению его температуры. Таким образом, к концу рабочего хода, когда открывается выпускной клапан, температура газов уже значительно ниже, чем была в момент сгорания, так как значительная часть их тепловой энергии преобразовалась в механическую работу.

Дополнительным фактором, снижающим температуру, является теплоотвод через стенки цилиндра в систему охлаждения двигателя, который происходит на протяжении всего цикла.

Ответ: Температура выхлопных газов ниже максимальной температуры в цилиндре, потому что в процессе рабочего хода (такта расширения) горячие газы совершают механическую работу по перемещению поршня. Совершение работы происходит за счёт уменьшения внутренней энергии газов, что приводит к их существенному охлаждению ещё до того, как они покинут цилиндр.