Сборник задач по физике Курс лекций по физике Оптика Кинематика Теплопроводность Информация лечение зубов в китае на сайте.

Лекции по физике теория газов

Принцип действия бензинового двигателя.

Рассмотрим, как бензиновый двигатель преобразует энергию сгорания топлива в мощность. Ниже на схематическом чертеже бензинового двигателя смесь воздуха и бензина всасывается в цилиндр и сжимается при ходе поршня вверх.

Когда горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания, в цилиндре при горении образуется газ, который создаёт высокое давление. Этот газ под давлением толкает вниз поршень, который совершает в цилиндре возвратно-поступательные движение. Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное с помощью шатуна и коленчатого вала. Это и есть то вращение, которое приводит механизм в движение.


Отработавший газ нужно периодически удалять, а в цилиндры подавать свежую горючую смесь. Это осуществляется поршнем при его непрерывном возвратно-поступательном движении в цилиндре. Процесс всасывания в цилиндр смеси, её сжатия, сгорания и удаления сгоревшего газа из цилиндра называется циклом двигателя (см. рис. 5).  Применим первое начало термодинамики к изопроцессам в газе. Изопроцесс - это процесс, происходящий в газе, когда один из параметров, описывающих газ, является постоянным.

В некоторых двигателях каждый цикл состоит из двух ходов поршня. Такие двигатели называют двухтактными. Коленчатый вал делает один оборот, тогда как поршень делает два хода. В других двигателях каждый цикл состоит из четырёх ходов поршня. Эти двигатели называются четырёхтактными. Коленчатый вал делает два оборота, тогда как поршень совершает четыре хода в каждом цилиндре (см. рис. 6). Рассмотрим принцип работы четырёхтактного двигателя.

Ход впуска


Это ход всасывания в цилиндры горючей смеси. Впускной клапан открывается, тогда, как впускной клапан закрывается. При движении поршня вниз в цилиндре создаётся частичное разрежение, и горючая смесь всасывается в цилиндр принудительно под действием атмосферного давления.

Рис. Принцип четырёхтактного двигателя

Ход сжатия

Это ход, при котором сжимается горючая смесь. Впускной и выпускной клапаны закрыты.

При движении поршня от н. м. т. к в. м. т. горючая смесь сжимается, в результате чего возрастают давление и температура, что способствует воспламенению смеси.

Коленчатый вал провернётся на один полный оборот за два хода (впуск и сжатие), когда поршень дойдёт до в. м. т.

Рабочий ход

Это ход, при котором двигатель создаёт энергию для привода машин и механизмов.

До достижения поршнем в. м. т. при ходе сжатия свеча зажигания поджигает сжатую воздушно-топливную смесь. Горящая смесь создаёт высокое давление, которое толкает поршень вниз. Это давление становиться мощностью двигателя.

Ход выпуска

Это ход, при котором отработавший газ удаляется из цилиндров. Выпускной клапан открыт и поршень двигается вверх от н. м. т. к в. м. т., выталкивая отработавший газ из цилиндра.

Достигая в. м. т., поршень вновь занимает положение, при котором начинается ход впуска. До этого момента коленчатый вал двигателя делает два оборота, а двигатель совершает один цикл состоящий из четырёх ходов: впуска, сжатия, сгорания и выпуска. Вот основной принцип действия четырёхтактного двигателя.

Задача 15. Идеальный двухатомный газ, содержащий количество вещества n = 1 моль и находящийся под давлением Р1 = 0,1 МПа при температуре Т1 = 300 К, нагревают при постоянном объеме до давления Р2 = 0,2 МПа. После этого газ изотермически расширялся до начального давления и затем изобарно был сжат до начального объема V1. Построить график цикла. Определить температуру Т газа для характерных точек цикла и его термический КПД h.

Дано:

Р1= 0,1 Мпа = 1·105 Па

Т1= 300 К

Р2= 0,2 Мпа = 2·105 Па

Решение:

В координатах Р, V график цикла имеет следующий вид

  

 

 

T2 – ?

 Т3 – ?

 h – ?

 V1 V2 V 

Переход газа на участке 1-2 происходит изохорически при V1 = const. Давления и температуры газов в состояниях 1 и 2 связаны между собой соотношением: 

  =.

Отсюда T2 = 2Т1 = 600 K.

Так как переход газа 2-3 изотермический, то Т2 = Т3.

Термический КПД цикла определяется выражением

 , (1)

 где Q1 – количество теплоты, полученное от нагревателя за цикл, Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику за цикл.

Газ получает количество теплоты на участках 1-2 и 2-3

Q 1= Q 1-2 + Q 2-3,

где Q 1-2 = C v v (T 2 - T 1) – количество теплоты, полученное при изохорическом нагревании,

  – количество теплоты, полученное при изотермическом расширении.

Газ отдает количество теплоты на участке 3-1 при изобарическом сжатии:

Q 3-1 = Q 2 = Cр  

– молярная теплоемкость газа при V = const, C р  – молярная теплоемкость газа при P = const.

Подставив значения Q 1 и Q 2, С v и С рв формулу (1) получим:

Ответ: T 2 = T 3 = 600 K, η = 9,9 %.

Внутренняя энергия. Механическая энергия: " потенциальная (определяется взаимным положением взаимодействующих тел) " кинетическая (определяется движением тела) Потенциальная и кинетическая энергия могут превращаться друг в друга. Энергию движения и взаимодействия частиц, составляющих тело, называют внутренней энергией тела. Внутренняя энергия тела не зависит от механического движения тела (как целого) и от положения этого тела относительно других тел.
На главную