В каком случае газ в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает (8 видео)

Содержание

Решебник по физике Л.А. Кирик Самостоятельные и контрольные работы
43. Тепловые двигатели
Сборник задач по физике, Лукашик В.И.
Естествознание. 11 класс
🎦 Видео

Видео:Датчики двигателя внутреннего сгорания в 3D. Основы.Скачать

Решебник по физике Л.А. Кирик Самостоятельные и контрольные работы

1. Почему в паровой турбине температура отработанного пара ниже, чем температура пара, поступающего к лопаткам турбины? Поясните свой ответ.

Температура отработанного пара в турбинах ниже, чем у поступающего к лопаткам турбины, потому что пар, прошедший через лопатки турбины, отдал им часть своей внутренней энергии.

2. Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта? Поясните свой ответ.

В начале такта “рабочий ход” нагретые газы, расширяясь, совершают работу, их внутренняя энергия уменьшается, температура понижается.

3. Как известно, температура выхлопных газов мотоцикла на выходе из глушителя в несколько раз ниже температуры, достигаемой в цилиндре двигателя. Почему? Поясните свой ответ.

Выхлопные газы совершают работу за счет убыли их внутренней энергии, а значит, и понижения температуры.

4. В каком случае газообразная горючая смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в начале такта «рабочий ход» или в конце его? Поясните свой ответ.

Большей внутренней энергией газообразная смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает в начале такта “рабочий ход”, так как ее температура выше, чем в конце такта.

5. Изменяется ли давление пара при прохождении через паровую турбину? Изменяется ли при этом скорость молекул пара? Поясните свой ответ.

Давление пара становится меньше. Скорость молекул увеличивается. Внутренняя энергия состоит из суммы потенциальной и кинетической энергии молекул.

6. В каком случае жидкое распыленное топливо в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в конце такта всасывания или в конце такта сжатия? Поясните свой ответ.

Жидкое распыленное топливо обладает большей внутренней энергией в конце такта “сжатия”, так как выше его давление.

Видео:Как работает двигатель внутреннего сгорания автомобиля?Скачать

43. Тепловые двигатели

Видео:ДЕТОНАЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ: почему возникает, как распознать и не допустить?Скачать

Сборник задач по физике, Лукашик В.И.

1126. Объясните причину вращения колеса (рис. 277). Какие преобразования энергии происходят при этом?
Колесо вращается за счет давления истекающего из трубки пара на его лопасти. Внутренняя энергия пара идет на работу по его расширению, которая, в свою очередь, идет на совершение работы по вращению колеса.

1127. Относится ли огнестрельное оружие к тепловым двигателям?
Да, поскольку при выстреле часть внутренней энергии топлива превращается в тепловую энергию снаряда.

1128. Какой вид энергии используется в установке, изображенной на рисунке 277; при выстреле из пушки?
В установке на рис. 277 используется энергия пара. При выстреле из пушки используется тепловая (внутренняя) энергия сгорающего взрывчатого вещества.

1129. Почему доливать воду в радиатор перегревшегося двигателя трактора следует очень медленно и только при работающем двигателе?
При быстром доливании воды в радиатор происходит процесс интенсивного парообразования, выделяется большое количество энергии. Двигатель выходит из строя.

1130. Выполняя домашнее задание, ученик записал: «К машинам с тепловыми двигателями относятся: реактивный самолет, паровая турбина, мопед». Дополните эту запись другими примерами.
К машинам с тепловым двигателем относятся: автомобиль, тепловоз.

1131. Выполняя задание, ученик записал: «Двигатель внутреннего сгорания применяется в мотосанях, бензопилах». Дополните эту запись другими примерами.
Двигатель внутреннего сгорания применяют в автомобилях, дизельных тепловозах.

1132. Почему двигатели внутреннего сгорания не используются в подводной лодке при подводном плавании?
В подводных лодках не используют двигатели внутреннего сгорания из-за недостатка воздуха для создания рабочей смеси двигателя.

1133. В каком случае газообразная горючая смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в начале такта «рабочий ход» или в конце его?
Горючая смесь обладает большей внутренней энергией в начале такта «рабочий ход».

1134. В каком случае жидкое распыленное топливо в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: к концу такта всасывания или к концу такта сжатия?
Горючая смесь обладает большей внутренней энергией в конце такта сжатия.

Читайте также: Установка заглушки блока цилиндров ваз

1135. Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта?
Во время такта «рабочий ход» расширяющийся газ совершает работу за счет внутренней энергии смеси. Ее температура понижается.

1136. Почему в паровой турбине температура отработанного пара ниже, чем температура пара, поступающего к лопаткам турбины?
Часть внутренней энергии поступающего в турбину пара идет на совершение механической работы по ее вращению.

1137. Зачем в цилиндры дизельного двигателя (двигателя с воспламенением топлива от сжатия) жидкое топливо подается в распыленном состоянии?
Распыленное топливо обладает большей поверхностью. Это способствует более полному сгоранию топлива.

1138. Во время каких тактов закрыты оба клапана в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания?
Во втором и третьем такте.

1139. Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД; на окружающей среде?
КПД уменьшается; окружающая среда сильнее загрязняется.

1140. Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 1 ч он расходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • 10 6 Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

1141. В одной из паровых турбин для совершения полезной работы используется 1/5 часть энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в другой — 1/4 часть. КПД какой турбины больше? Ответ обоснуйте.
КПД тем больше, чем больше часть полезной работы по отношению к затраченной. Поэтому КПД второй турбины больше.

1142. Вычислите КПД турбин, описанных в предыдущей задаче.

1143. Определите КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 1,89 • 107 Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 • 10 6 Дж/кг.

1144. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 2,3 • 10 4 кДж, и при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя.

1145. За 3 ч пробега автомобиль, КПД которого равен 25%, израсходовал 24 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля при этом пробеге?

1146. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за 1 ч работы израсходовал 14 кг бензина. Определите КПД двигателя.

Видео:Урок 132 (осн). Двигатель внутреннего сгоранияСкачать

Естествознание. 11 класс

Конспект урока

Урок 9. Устройство тепловых двигателей

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

На какие типы делятся реальные тепловые двигатели?
Каковы основные узлы тепловых двигателей, и какие функции они выполняют?
По каким критериям оцениваются тепловые двигатели?

Ве́рхняя мёртвая то́чка (ВМТ) — положение поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, соответствующее максимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала (условно начальное положение коленчатого вала, ноль градусов поворота кривошипа).

Нижняя мёртвая то́чка — положение поршня в цилиндре, соответствующее минимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала.

Ход поршня, при котором газ не совершает работы, называется холостым ходом.

Рабочий ход – ход поршня под давлением газов, образующихся при сгорании рабочей смеси, движущийся от В.М.Т. (верхней мертвой точки) к Н.М.Т. (нижней мертвой точке).

Поступление горючей смеси в цилиндр, ее сжатие, расширение при сгорании и выпуск отработавших газов из цилиндра, т. е. совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре при работе двигателя, называется рабочим циклом.

Шату́н (иногда ещё называют тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колёс паровоза. Служит для передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу или к колёсам для преобразования во вращательное движение.

Коленчатый вал — деталь (или узел деталей в случае составного вала) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых вал воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент.

Читайте также: Если подтекает тормозной цилиндр

Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.

Свеча зажигания — устройство для воспламенения топливо-воздушной смеси в самых разнообразных тепловых двигателях. Бывают искровые, дуговые, накаливания, каталитические, полупроводниковые поверхностного разряда, плазменные воспламенители и др.

Система зажигания — это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в нужный момент.

Если двигатель совершает два такта: первый такт – рабочий ход, второй такт – холостой ход (процесс сжатия горючей смеси), то его называют двухтактным.

В четырехтактном двигателе между тактом – рабочим ходом и тактом – сжатием горючей смеси добавляется еще два такта: выпуск отработанных газов и впуск горючей смеси.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Ефимов С.И., Алексеев В.П. Двигатели внутреннего сгорания. М., 2003
Перельман Я.А. Занимательная физика. Книга 2. М.:Наука, 1982г.
Энергетические установки: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»/ С. И. Ефимов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др.; Под. общ. ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986 г. – 352 с.: ил.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Во всех тепловых двигателях происходит преобразование тепловой энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в механическую энергию. Устройства тепловых двигателей непрерывно совершенствуются.

Каковы особенности тепловых двигателей разных типов, которые необходимо учитывать для оценки возможности их применения?

Все тепловые двигатели можно разделить на два класса – турбинные и поршневые. В турбинных двигателях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую энергию газовой струи, для чего используются сопла, через которые расширяется горячий газ. Этот горячий газ может образовываться в результате кипения воды – паровые турбины, или в результате сгорания топлива – газовые турбины. Поток газа, имеющий большую скорость, направляется на лопасти турбины и, отдавая им энергию, раскручивает вал турбины.

Вал турбины может непосредственно приводить в движение какие-либо механизмы, например, колеса транспорта или винт самолета, или при помощи генератора вырабатывать электрическую энергию, что происходит на теплоэлектростанциях.

Значительно сложнее устройство поршневых двигателей, с которых начался технический прогресс в теплоэнергетике. Основу таких двигателей составляют цилиндр и поршень. Подробное описание дано в уроке 7. Но нагревать и охлаждать газ через стенки цилиндра, не эффективно. Вместо этого используется один из двух способов:

1) газ нагревается в отдельном устройстве, после чего подается в цилиндр. Такой способ реализован в паровом двигателе.

2) топливо в виде смеси газов, или пузырьков жидкости, смешанных с воздухом, (горючая смесь) вводится внутрь цилиндра, и далее процесс сгорания также происходит внутри цилиндра. Образовавшийся в результате сгорания горячий газ, расширяясь, приводит в движение поршень. Такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания. Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

Чтобы результат работы двигателя сводился к вращению какого-либо вала, что чаще всего требуется от двигателя, используется механизм, состоящий из шатуна и коленчатого вала. Эти элементы изображены на рисунках. Действие шатуна и коленчатого вала подобно действию ног велосипедиста и педалей. Для замыкания цикла необходим обратный ход поршня. Такой ход поршня, при котором газ не совершает работы, называется холостым ходом. Механическая энергия запасается в виде кинетической энергии вращения массивного колеса – маховика, связанного с валом двигателя. При такой работе возникают пульсации, для уменьшения которых вводят несколько цилиндров с одним коленчатым валом.

В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь перед воспламенением сжимается, что происходит во время обратного хода поршня.

Читайте также: Главный тормозной цилиндр газ 53 нового образца устройство

Это обеспечивает более эффективную работу двигателя. После сжатия горючая смесь воспламеняется, и начинается рабочий ход поршня. По способу воспламенения двигатели внутреннего сгорания делятся на два типа. В двигателях, включающих в себя систему зажигания, воспламенение горючей смеси происходит под воздействием искры, возникающей вследствие электрического разряда в запальной свече.

В таких двигателях используется топливо из легких фракций нефти (бензин) или природный газ, а степень сжатия поршнем невелика (6 – 8 раз). В двигателях другого типа – дизельных двигателях (или просто дизелях) используется горючее из более тяжелых фракций нефти (дизельное топливо), а степень сжатия существенно выше (15 – 20 раз). Воспламенение топливной смеси в дизельных двигателях происходит вследствие того, что при сжатии газ нагревается, соответствующий процесс близок к адиабатному процессу.

Двигатели внутреннего сгорания в зависимости от способа вывода отработанных газов и ввода горючей смеси делятся на два типа: двухтактные и четырехтактные. Каждый такт соответствует половине оборота коленчетого вала.

Двухтактные: первый такт – рабочий ход, второй такт – холостой ход (процесс сжатия горючей смеси)

В четырехтактном двигателе между тактом – рабочим ходом и тактом – сжатием горючей смеси добавляется еще два такта. Выпуск отработанных газов осуществляется при движении поршня с уменьшением рабочего объема цилиндра (такт аналогичный такту, в котором происходит сжатие смеси). Впуск горючей смеси осуществляется при движении поршня с увеличением рабочего объема (такт, аналогичный такту рабочего хода).

Зачем нужно столько типов двигателей? Оказывается, что универсального наилучшего двигателя нет, каждый тип обладает определенными достоинствами и недостатками. Каковы же эти критерии оценки?

Экономичность. Наиболее экономичными являются дизельные двигатели. Четырехтактные двигатели более экономичны, чем двухтактные.
Максимально достижимая мощность. По этому показателю выделяются турбинные двигатели.
Мощность на единицу веса (особенно для совместно движущихся). Для большегрузов – дизельные; для легкого транспорта – бензиновые, двухтактные и четырехтактные (в зависимости от веса).
Универсальность топлива. По этому показателю выгодно отличаются двигатели, где используется водяной пар – паровые турбины (т.к. запасы нефти истощаются).
Износ механизмов. Выигрывают турбинные по сравнению с поршневыми.

• Тепловые двигатели подразделяются на турбинные и поршневые.

• Поршневые двигатели подразделяются на паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания.

• Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на двигатели с системой зажигания и дизельные двигатели.

• Кроме того, двигатели внутреннего сгорания подразделяются на двухтактные двигатели и четырехтактные двигатели.

• Каждый тип двигателя обладает своими достоинствами и недостатками, определяющими целесообразность его использования для тех или иных целей.

• Критериями оценки эффективности применения разных видов двигателей являются: экономичность, максимально достижимая мощность, мощность на единицу веса, универсальность топлива и износ механизмов.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Вставьте пропущенные слова: «Во всех тепловых двигателях происходит преобразование _________ энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в _____________ энергию».

Варианты ответов: потенциальной, ядерной, тепловой, механическую, кинетическую.

Правильный вариант: Во всех тепловых двигателях происходит преобразование тепловой энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в механическую энергию.

Задание 2. Один моль одноатомного идеального газа участвует в циклическом процессе, график которого изображён на TV−диаграмме.

Выберите два верных утверждения на основании анализа представленного графика.

1) Давление газа в состоянии 2 меньше давления газа в состоянии 4.

2) Работа газа на участке 2–3 отрицательна.

3) На участке 1–2 давление газа уменьшается.

4) На участке 4–1 работа газа отрицательна.

5) Работа, совершенная газом на участке 1−2 больше работы, совершаемой внешними силами над газом на участке 4−1.

Подсказка: Перерисуйте график цикла в осях p,V. Вспомните, что на графиках процессов в осях p,V работа вычисляется как площадь под графиком процесса.