Номер 1, страница 148 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 36. Двигатель внутреннего сгорания. Задание 34 - номер 1, страница 148.

Условие.

1. Почему между поршнем и стенкой цилиндра двигателя внутреннего сгорания оставляют зазор?

Решение.

1. Зазор между поршнем и стенкой цилиндра в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) оставляют в первую очередь для компенсации теплового расширения материалов.

Во время работы ДВС в камере сгорания развиваются очень высокие температуры, достигающие 2000–2500 °C. Это приводит к сильному нагреву как поршня, так и стенок цилиндра. Однако условия их нагрева и охлаждения различны: поршень, находящийся в непосредственном контакте с горячими газами, нагревается значительно сильнее и быстрее, чем стенки цилиндра, которые принудительно охлаждаются специальной системой (жидкостной или воздушной).

Все твердые тела обладают свойством теплового расширения, то есть увеличиваются в размерах при нагревании. Изменение линейных размеров тела описывается формулой: $\Delta L = \alpha L_0 \Delta T$, где $\Delta L$ – изменение длины, $\alpha$ – коэффициент теплового расширения материала, $L_0$ – начальная длина, а $\Delta T$ – изменение температуры.

Так как поршень (обычно изготавливаемый из алюминиевого сплава, имеющего высокий коэффициент теплового расширения) нагревается до более высокой температуры, чем цилиндр (часто чугунный), он и расширяется в большей степени. Если бы в холодном состоянии зазор отсутствовал, то при выходе двигателя на рабочую температуру поршень расширился бы настолько, что его диаметр превысил бы внутренний диаметр цилиндра. Это привело бы к заклиниванию поршня, появлению задиров на поверхностях и, как следствие, к серьезной поломке двигателя.

Таким образом, этот технологический зазор (тепловой зазор) абсолютно необходим. Его величину точно рассчитывают инженеры, чтобы в условиях рабочей температуры двигателя между деталями оставался минимально необходимый просвет. Этот просвет обеспечивает свободное перемещение поршня, а также удерживает масляную пленку, которая смазывает трущиеся поверхности, уменьшая их износ и снижая потери на трение.

Ответ: Зазор между поршнем и стенкой цилиндра оставляют для того, чтобы скомпенсировать их тепловое расширение во время работы двигателя. Поскольку поршень нагревается сильнее стенок цилиндра, он и расширяется больше. Отсутствие зазора привело бы к заклиниванию поршня в цилиндре и поломке двигателя.