30Июн

Физика двигатель внутреннего сгорания: Молекулярная физика и термодинамика

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания реферат по физике

ШКОЛА №9 С УГЛУБЛЁННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА Реферат по физике на тему: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОДГОТОВИЛИ: УЧЕНИКИ КЛАССА ПОД РУКОВОДСТВОМ: Казань 2004. Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, «горючих» и «горячих» тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Рассмотрим один из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел в механическую энергию. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. По роду топлива Двигатели внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные. По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха — на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. Существуют: жидкостные и газовые, с внешним (карбюраторные двигатели) и внутренним (дизели) смесеобразованием, поршневые и турбинные, реактивные и комбинированные Двигатели внутреннего сгорания. В Двигателе внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием (карбюраторные двигатели) зажигание рабочей смеси в цилиндре производится электрической искрой. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизелях) топливо самовоспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры. Мощность, экономичность и другие характеристики двигателей постоянно улучшаются, основной принцип действия остаётся неизменным. В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндров и тепловая энергия, выделяющаяся при этом, преобразуется в механическую работу. Рабочим циклом называется совокупность процессов, периодически повторяющихся в определенной последовательности в цилиндре. В четырехтактном двигателе рабочий цикл совершается за четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход (сгорание и расширение) и выпуск, или, иначе говоря, за два оборота коленчатого вала. Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня. Ход поршня S — путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой. Мертвыми точками называются крайние верхнее и нижнее положения поршня, где его скорость равна нулю. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в.м.т., нижняя мертвая точка – н.м.т. Рабочий объем цилиндра Vр — объем, освобождаемый поршнем при движении от в.м.т. до н.м.т. Литраж – рабочий объем всех цилиндров двигателя. Объем камеры сгорания Vc — объем, образующийся над поршнем, когда последний находится в в.м.т. Полный объем цилиндра Vп — это его рабочий объем плюс объем камеры сгорания. Индикаторная мощность – мощность, развиваемая расширяющимися газами при сгорании топлива в цилиндрах двигателя (без учета потерь). Эффективная мощность – мощность, получаемая на маховике коленчатого вала. Она на 10 – 15% меньше индикаторной из-за потерь на трение в двигателе и приведение в движение его вспомогательных механизмов и приборов. Литровой мощностью называется наибольшая эффективная мощность, получаемая с одного литра рабочего объема (литража) цилиндрического двигателя. 2 основные черты будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндром с поршнем двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл. И всё же конструкция Э. Ленуара была лишь прообразом реального двигателя, она требовала серьёзного усовершенствования. Достаточно сказать, что её коэффициент полезного действия составлял всего 0.04, т.е. Лишь 4% теплоты сгоревшего газа тратилось на полезную работу, а остальные 96% уходили с отработанными газами. Нагревали корпус и т.п. Надёжно работали свечи выпускной золотник, для охлаждения двигателя требовалось очень много воды. В 1862 г. Французский инженер Альфонс Бо Де Роша (1815-1891) предложил идею четырёхтактного двигателя: обязательным моментом работы последнего становилось сжатие рабочей смеси газа с воздухом. Однако осуществить свою идею Бо Де Роша не сумел. Такой двигатель создал в 1876 г. Служащий из Кёльна (Германия) Николаус Август Отто (1832-1891). Над его конструкцией изобретатель напряженно трудился и добился более высокого КПД, чем у существовавших тогда паровых машин. В течение нескольких лет Бенцу и Даймлеру пришлось заниматься усовершенствованием двигателя. В результате при поддержки состоятельных людей Карл Бенц даже построил небольшой завод по производству газовых двигателей. В поисках более эффективных, чем светильный газ, автомобильного топлива Готлиб Даймлер совершив 1881г. Поездку на юг России, где ознакомился с процессами переработки нефти. Один из её продуктов, лёгкий бензин, оказался как раз таким источником энергии, который искал изобретатель: бензин хорошо испаряется, быстро и полностью сгорает, удобен для транспортировки. В 1883г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать и на газе, и на бензине; все последующие автомобильные двигатели Даймлера были рассчитаны только на жидкое топливо. Переход от газа к бензину позволил в несколько раз увеличить обороты коленчатого вала, доведя его до 900об./мин; почти вдвое возросла удельная мощность двигателя (т.е. приходящаяся на 1 л суммарного-рабочего-объёма его цилиндров). Работа первопроходцев всегда требует энтузиазма и смелости. Награда за их настойчивость становится благодарность потомков. Первая самоходная коляска Бенца с бензиновым мотором была трехколесной. Даймлур начинал с двухколёсного «моторного велосипеда». Изобретения Даймлера и Бенца соотечественники встретили холодно. Благопристойных горожан беспокоил треск бензиновых двигателей; «знатоки» утверждали к тому же, что мотор «безжалостного экипажа» непременно взорвётся. В итоге Даймлеру пришлось испытывать свой автомобиль по ночам на загородных дорогах. А Бенца полиция обязала вперед сообщать свой маршрут места остановок, чтобы привести в готовность пожарные команды. 5 Для того чтобы продемонстрировать безопасность поездок на автомобиле, фрау Берта Бенц тайком от мужа совершила вместе с сыновьями дальний(180км) автомобильный пробег. В этой поездке смелой автомобилистке приходилось прочищать трубу подачи топлива шляпной булавкой и изолировать электрический провод резиновой чулочной подвязкой. Несмотря на явные преимущества двигателя внутреннего сгорания, до конца 19 века паровые и электрические считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В США, например, из выпущенных к 1899г. механических экипажей 40% составлял «паромобили», 38%-«электромобили» и лишь 22%-«бензиномобили». Двигатели внутреннего сгорания обладают нетрадиционной организацией рабочего процесса и сочетают преимущества бензиновых двигателей (высокая удельная мощность, малый удельный вес, высокая частота вращения) и дизелей (высокая экономичность). Высокие удельные параметры такого двигателя с искровым зажиганием обеспечиваются реализацией оптимальных параметров рабочего процесса, к которым относятся: степень сжатия 11-13 и количественно-качественное регулирование мощности, допускающее повышение коэффициента избытка воздуха на частичных нагрузках. Карбюраторный двигатель. Этот двигатель – одна из разновидностей двигателей внутреннего сгорания. Это название подчеркивает, что, во- первых, сгорание топлива происходит внутри двигателя, а во-вторых, существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях. Карбюраторные Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем. Остов двигателя — группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок- картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей. Механизм движения — группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик). Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами. Система смазки — система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный 6 масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей. Часть масла отводится по параллельным каналам в фильтр тонкой очистки, откуда сливается обратно в поддон. Система охлаждения может быть жидкостной и воздушной. Жидкостная система состоит из рубашек цилиндров и головок, заполненных охлаждающей жидкостью (водой, антифризом и т. п. ), насоса, радиатора, в котором жидкость охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, и устройств, регулирующих температуру воды. Воздушное охлаждение осуществляется обдувом цилиндров и головок вентилятором или потоком воздуха (на мотоциклах). Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы. Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока — генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В систему включается распределитель тока высокого напряжения по соответствующим цилиндрам. В одном агрегате с прерывателем находятся конденсатор, улучшающий работу прерывателя, и катушка зажигания, с которой снимается высокое напряжение (12-20 кВ). В то время, когда Двигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы. Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления. В функции системы входит вращение вала двигателя для пуска. Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске. Примером карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания может служить двигатель ГАЗ-21 «Волга». Это четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель, развивающий мощность 55 кВт (75 л.с.) при 4000 об/мин и степени сжатия 6,7. Удельный расход топлива на наиболее экономичном режиме составляет 290 г; (кВт.ч). Наибольшая мощность четырёхтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания 600 кВт (800 л.с.) Дизельный двигатель. В 1892 г. немецкий инженер Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией. 7 январе 2002 г. администрация Джорджа Буша отказалась от программы разработки сверхэкономичных автомобилей, оснащенных бензиновыми двигателями (ее начали реализовывать еще при президенте Клинтоне). В штаб-квартире Ford Motor состоялась презентация «национального водородного энергетического графика». По словам министра энергетики США Спенсера Абрахама, выступившего с докладом перед представителями автоконцернов и нефтяных компаний, внедрение новой технологии существенно снизит зависимость страны от импорта нефти с Ближнего Востока, а также решит проблему парниковых газов, вызывающих глобальное потепление климата. Для выработки электроэнергии в двигателях на топливных ячейках используется продукт химической реакции водорода и кислорода. При этом, если применяется абсолютно чистый водород, выхлоп автомобиля состоит из водяного пара. Однако Абрахам вынужден был признать, что новая технология вряд ли получит широкое распространение до конца десятилетия. «Разработка автомобилей будущего (с двигателями) на топливных ячейках сопряжена с многочисленными техническими трудностями», — заявил Абрахам. Одна из главных проблем, по его словам, — как найти безопасный способ хранения водорода в автомобиле. Другая трудность — в том, как организовать сеть доставки водорода, которая функционировала бы по образцу ныне действующей системы поставок бензина на АЗС. Наконец, по словам Абрахама, необходимо найти экономичный способ промышленного производства водорода. Тем не менее еще в мае General Motors представила грузовой пикап, который, по словам представителей компании, стал первым в мире автомобилем с двигателем на топливных ячейках. Он производит электричество из водорода, экстрагированного из бензина. Пикап оборудован топливным процессором, который путем ряда химических реакций превращает бензин с низким содержанием серы в топливо, пригодное для использования в топливных ячейках. Открытие Двигателя внутреннего сгорания оказало большое влияние на развитие многих отраслей промышленности, сельского хозяйства и науки. 10 Список литературы. 1. К.С. Шестопалов Устройство, техническое обслуживание легкового автомобиля. Учебное пособие. Москва. Издательство ДОСААФ. 1990. 2. Двигатели внутреннего сгорания, т. 1-3, Москва.. 1957. 3. Двигатели внутреннего сгорания, Москва. 1968. 4. Физика 8 класс, Москва. Издательство Дрофа. 2002. 5. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001 (2cd). 6. Большой справочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа. 2001. 11

Конспект урока по теме «Двигатель внутреннего сгорания», 8 класс

Подготовила Алиева Р.М

2011-2012 уч. год.

Тема: Двигатель внутреннего сгорания.

Цели:

1. Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.

2. Рассмотреть историю развития тепловой машины, экологические проблемы и перспективы развития.

3. Совершенствовать навыки работы с оборудованием. Формировать умение делать выводы о проведенных экспериментах. Развивать умение общаться друг с другом.

Оборудование:

1. Модель ДВС.
2. Фото автомобилей, мотоциклов, самолетов, катеров.
3. Карточки с заданиями для групп.
4. Электронный урок (из курса Кирилл и Мифодий 8 класс)

План урока:

1. Орг. момент.
2. Проверка знаний. Работа газа и пара при расширении.
3. Новый материал: двигатель внутреннего сгорания.
4. Закрепление изученного. Работа в группах.
5. Рефлексия. Подведение итогов.
6. Домашнее задание.

Ход урока

  1. Организационный момент:

  1. Учитель:

Сегодня мы изучаем тему «Двигатель внутреннего сгорания». Целями нашего урока сегодня будет: изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере на примере двигателя внутреннего сгорания; рассмотреть историю развития тепловой машины; экологические проблемы и перспективы развития.

Форма нашего урока будет не совсем обычной. Это будет урок-игра «Конструкторское бюро». Для этого из всех учащихся класса были сформированы четыре группы, которые в течение урока будут выполнять различные задания. Когда задание выполнено, группа поднимает руку. Каждая команда будет иметь возможность высказаться. Названия команд: «Теоретики», «Испытатели», «Менеджеры», «Экологи», в каждой команде около 5 человек.

  1. Проверка знаний:

  1. Учитель:

А сейчас проверим, насколько вы уяснили прошлый материал, а заодно и то, как подготовились к уроку. Команды получают задания на карточках.

Карточка №1

Какие двигатели называют тепловыми? Какие виды тепловых двигателей вам известны?

Карточка №2

Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в механическую энергию тела?

Карточка №3

Зачеркните лишнее словосочетание: тепловой двигатель, работа газа, превращение энергии, Джеймс Уатт, Лев Толстой, отражение света.

Карточка №4

Разгадайте кроссворд.

Кто выполнил задание – отвечает. По одному представителю о группы.

  1. Изучение нового материала:

  1. Учитель:

Запасы внутренней энергии огромны. Очень важно умело и грамотно использовать её запасы, содержащиеся в топливе. Использовать внутреннюю энергию – значит, совершить за счёт неё полезную работу. Послушаем краткую историю создания тепловых машин (выступление учащегося):

  1. Выступление учащегося: (если учащийся не готов, то учитель сам рассказывает о истории создания тепловых машин)

История ДВС

В 1860 Г француз Э. Ленуар построил устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства. Модель была несовершенная, КПД не превышал 3 %.

Спустя 18 лет немецкий изобретатель Отто создал двигатель внутреннего сгорания, который работал по четырёхтактной схеме: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск отработанных газов. Именно модификации этого двигателя и получили наибольшее распространение.

Первый автомобиль с бензиновым двигателем построили в 1886 году под руководством немецкого инженера Даймлера. Большая роль в развитии автомобилестроения принадлежит Генри Форду, который в начале 20 века начал выпуск автомобилей с конвейера. В России первые автомобили начали строить в начале 20 века.

  1. Учитель:

Применение тепловых двигателей чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолёты, ракеты, тепловозы, паровозы, наземный и водный транспорт. В настоящее время наибольшее распространение имеют двигатели внутреннего сгорания. Остановимся на них.

В ДВС топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Поэтому он и называется двигателем внутреннего сгорания. Работают они на жидком топливе или горючем газе.

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединённый при помощи шатуна с коленчатым валом (проследим по модели ДВС).

В верхней части цилиндра имеется два клапана, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через первый клапан (впускной) поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи, а через второй клапан (выпускной) выпускаются отработанные газы.

В цилиндре периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха (температура достигает 16000 — 18000С). Давление на поршень резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая при этом механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мёртвой точки до другой, называют ходом поршня. Ход поршня называют ещё тактом. Поэтому двигатель называют четырёхтактным.

Такты двигателя внутреннего сгорания: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Не во всех двигателях есть свеча для воспламенения смеси. Послушаем сообщение учащегося о двигателе Дизеля:

  1. Выступление учащегося: (текст выступления на случай если учащийся не готов)

Двигатель Дизеля

Немецкий инженер Р. Дизель в 1897 г. изобрёл двигатель, в котором сжимали воздух и в момент максимального сжатия в камеру сгорания при помощи форсунки делали впрыск топлива. Далее раскалённые газы перемещали поршень, и происходило преобразование внутренней энергии в механическую. В двигателе внутреннего сгорания есть карбюратор, при помощи которого образуется горючая смесь (смесь бензина с воздухом). В двигателе Дизеля нет карбюратора.

КПД дизельных двигателей достигает 35 – 44 %, а у двигателя внутреннего сгорания КПД не превышает 25 – 32 %. Дизельные двигатели нашли широкое применение в тракторах, большегрузных машинах, на кораблях, передвижных электростанциях.

  1. Учитель:

При использовании для своих нужд тепловых двигателей человек сталкивается с экологическими проблемами (сообщение учащегося):

  1. Выступление учащегося: (текст выступления на случай если учащийся не готов)

Как влияют тепловые двигатели на окружающую среду?

При работе тепловых двигателей для охлаждения используется окружающая среда (атмосферный воздух и вода открытых водоемов), в результате чего происходит повышение температуры окружающей среды, называемое «тепловым загрязнением». Этот эффект усиливается тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в земной атмосфере. А при большой концентрации углекислого газа атмосфера плохо пропускает тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли, что приводит к «парниковому эффекту».

В результате описанных процессов, средняя температура на Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Это грозит глобальным потеплением с нежелательными последствиями, к числу которых относятся таяние ледников и подъем уровня мирового океана.

Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется атмосферный кислород (в наиболее развитых странах тепловые двигатели уже сегодня потребляют больше кислорода, чем вырабатывается всеми растениями, растущими в этих странах) и образуется много вредных веществ, загрязняющих атмосферу.

Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу углекислый газ, угарный газ, различные виды сернистых соединений, а также соединения тяжелых металлов. Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи.

Во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно более 200 млн. т золы и более 60 млн. т оксида серы.

Кроме промышленности, воздух загрязняют и различные виды транспорта, прежде всего автомобильный. Жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей.

Такие виды топлива, как нефть, уголь, газ являются невосполнимыми источниками энергии. В ближайшие 45 — 70 лет человечество столкнётся с проблемой нехватки традиционных видов топлива.

  1. Закрепление изученного:

  1. Учитель:

У вас на столах лежат конверты с заданиями, которые сейчас необходимо сделать.

Конверт №1

На изображении ДВС подписать его устройство.

Конверт №2

Даны рисунки всех тактов ДВС. Необходимо наклеить эти рисунки в правильном порядке и подписать названия тактов.

Конверт №3

По предложенному тексту выписать пути преодоления экологических проблем.

Конверт №4

Из готового текста выбрать профессии, связанные с использованием ДВС.

Врач, механик-водитель, машинист тепловоза, дизелист, автогонщик, учитель.

Группы, выполнившие задания, выдвигают по одному представителю для выступления.

  1. Рефлексия:

  1. Учитель: Подведем итоги урока:

  • Что мы изучили сегодня?

  • Из чего состоит ДВС?

  • Назовите такты работы двигателя.

Выставить оценки за урок.

  1. Домашнее задание:

  1. Учитель:
    Домашнее задание: параграф 22 — учить.

Двигатель внутреннего сгорания – наглядное пособие – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

  • Интернет-магазин
  • Где купить
  • Аудио
  • Новости
  • LECTA
  • Программа лояльности
Мой личный кабинет Методическая помощь Вебинары Каталог Рабочие программы Дошкольное образование Начальное образование Алгебра Английский язык Астрономия Биология Всеобщая история География Геометрия Естествознание ИЗО Информатика Искусство История России Итальянский язык Китайский язык Литература Литературное чтение Математика Музыка Немецкий язык ОБЖ Обществознание Окружающий мир ОРКСЭ, ОДНК Право Русский язык Технология Физика Физическая культура Французский язык

Физика 8 класс.

Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели. ДВС :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. РАБОТА ГАЗА И ПАРА ПРИ РАСШИРЕНИИ

Пар или газ, расширяясь, может совершить работу.
При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию.
Устройства, в которых внутренняя энергия пара или газа (рабочего тела) превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.

Существуют различные виды тепловых двигателей:

Простейший «одноразовый» тепловой двигатель (паровая машина).

При нагревании воды в закрытой пробкой пробирке увеличивается количество пара, находящегося под пробкой, и повышается его давление на пробку. Наконец, давление пара выталкивает пробку, при этом пар совершает работу. Часть первоначальной энергии пара пошло на совершение работы по выталкиванию пробки. Внутренняя энергия пара превратилась в механическую энергию. Так как пар выходит еще достаточно горячий, то оставшуюся энергию он отдает окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру.

ДАВНЫМ — ДАВНО …

Две с лишним тысячи лет тому назад, в 3 веке до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунки пушки Архимеда были найдены позднее в рукописях Леонардо да Винчи.
При стрельбе один конец ствола сильно нагревали на огне . Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась, и пар, расширяясь с силой и грохотом выбрасывал ядро. Ствол пушки представлял собой, как бы цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

___

В настоящее время подавляющее большинство работающих на Земле двигателей — тепловые.

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ!

«На всех парах» — о создании тепловых двигателей!

 

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
( четырехтактный )

Двигатель состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень.

Сгорание топлива происходит внутри двигателя.
Двигатель работает на жидком топливе.
Повторяющийся рабочий цикл двигателя состоит из четырех процессов (тактов):
а) впуск, б) сжатие, в) рабочий ход, г) выпуск.
(только во время рабочего хода происходит поворот вала)

Устали? — Отдыхаем!

Презентация «двигатель внутреннего сгорания» — физика, презентации

библиотека
материалов

Содержание слайдов

Номер слайда 1

Двигатель внутреннего сгораниячетырёхтактный. Презентацию выполнила: Пухальская Н. А. Учитель математики и физики МБОУ СОШ №14 Имени А. Ф. Лебедева г. Томска

Номер слайда 2

Цикл двигателя состоит из следующих 4 тактов

Номер слайда 3

Первый, кто изобрёл ДВС был:1876 год- Николас Отто, спустя 14 лет после теоретического обоснования работы 4-х цилиндрового двигателя Рохасом, создал рабочую модель известную, как «цикл Отто», цикл с воспламенением от искрового заряда.

Номер слайда 4

Первая на пути деятельности ДВС встречается природа-дом для всех городов

Номер слайда 5

Мнения специалистов. Эколог Тепловые двигатели совершают работу благодаря разности давлений газа на поверхностях поршней и лопаток турбины. Это разность давлений создается с помощью разности температур. Тепловой двигатель не может работать без холодильника , роль которого обычно играет атмосфера. Биолог Большой вред приносят выхлопные газы растениям, В результате диффузии и поглощения клеточным соком они попадают внутрь клеток и нарушают их нормальную жизнедеятельность.

Номер слайда 6

Сырьё для топлива двигателей в наших руках. Благие намерения освободить человека от тяжёлого труда привели нас к тому. В каком состоянии сейчас наши города, леса, моря. Ежегодно в процессе фотосинтеза растения поглощают около 200 миллиардов тонн углекислого газа! Если всю эту массу вещества обратить в чистую энергию, ее будет больше в 10 раз, чем потребляет все человечество за год.

Номер слайда 7

Мнение географа: Если современные темпы использования нефти и газа сохраняется, то они будут полностью исчерпаны за два столетия. После разлива нефти в Мексиканском заливе в 2011 году. Результатом активного воздействия человека на природу является ее загрязнение, засорение, истощение.

Номер слайда 8

Мы здесь живём. С недавнего времени нам стало известно о крупной аварии, произошедшей еще в 2004 г. в селе Инкино Томской области, что в 1 км к северо-западу от левого берега р. Шуделька .

Номер слайда 9

Есть ли альтернатива углеводородам?Биотоплива, получаемые из растений, не нарушают установившийся на планете баланс углекислого газа. В отличие от нефти, газа и угля Биотоплива являются возобновляемым сырьем практически неисчерпаемым и экологически безвредным.

Номер слайда 10

Есть ли альтернатива углеводородам?Как сообщает британская газета «Сан», суточных канализационных отходов. Преимущества биотоплива 1. Ниже стоимость. 2. Уменьшается износ двигателя. 3. Не образуется нагар, сажа, не засоряется топливная система. 4. Экологичность. 5. Может использоваться на двигателях практически любой степени сжатия. 6. Отсутствие детонации. 7. Увеличивает мощность двигателя, может использоваться на двигателях с турбонаддувом. 8. Более безопасен.   70 британских семей хватает на 15 тысяч километров пробега

Номер слайда 11

Уникальную методику производства биотоплива из ила и канализационных стоков разработали ученые Сибирского Федерального университета и Института биофизики РАН

Номер слайда 12

Список используемых источников:http://ecofriendly. ru/node/332/vud-voteshttp://www.bibliofond.ru/http://www.ogoniok.ru/4945/5/http://www.cardriver.ru/articles/20821http://www.totekfuels.ru/info/Учебник физика 8 класс, автор Пёрышкин А. В.

Двигатель квантового сгорания

Люди научились строить очень мощные двигатели внутреннего сгорания, но не научились главному — существенному повышению их КПД. Предел на этом пути ставит второй закон термодинамики, утверждающий, что энтропия системы неизбежно растет. Но нельзя ли преодолеть этот предел с помощью квантовой физики? Оказалось, что можно, но для этого необходимо было понять, что энтропия субъективна, а тепло и работа — далеко не единственно возможные формы энергии. Подробнее о том, что такое квантовые двигатели, как они устроены и на что способны, читайте в нашем материале.

За 300 лет развития технологии расчета, проектирования и конструирования двигателей проблема создания машины с большим коэффициентом полезного действия (КПД) так и не была решена, хоть и является критичной для многих областей науки и техники.

Квантовая физика, открытая в начале XX века, преподнесла нам уже немало сюрпризов в мире технологий: атомная теория, полупроводники, лазеры и, наконец, квантовые компьютеры. Эти открытия основываются на необычных свойствах субатомных частиц, а именно, на квантовых корреляциях между ними — сугубо квантовом способе обмена информацией.

И кажется, квантовая физика готова удивить нас еще раз: годы развития квантовой термодинамики позволили физикам показать, что квантовые тепловые двигатели могут иметь высокую эффективность на малых масштабах, недоступную для классических машин.

Давайте разберемся, что такое квантовая термодинамика, как работают тепловые машины, какие улучшения дает квантовая физика и что необходимо сделать для создания эффективного двигателя будущего.


Классические тепловые двигатели

В своей книге 1824 года «Размышления о движущей силе огня» 28-летний французский инженер Сади Карно придумал, как паровые двигатели могут эффективно преобразовывать тепло в работу, заставляющую двигаться поршень или крутиться колесо.

К удивлению Карно, эффективность идеального двигателя зависела только от разницы температур между источником тепла двигателя (нагревателем, как правило — огнем) и теплоотводом (холодильником, как правило — окружающим воздухом).

Карно понял, что работа — это побочный продукт естественного перехода тепла от горячего тела к холодному.

Схема работы теплового двигателя

В тепловых двигателях используется следующий цикл. Тепло Q1 подводится из нагревателя с температурой t1 к рабочему телу, часть тепла Q2 отводится к холодильнику с температурой t2, t1 > t2.

Работа, произведенная тепловым двигателем, равна разности между подведенным и отведенным теплом: A = Q1 − Q2, а КПД η будет равен η = A/Q1.

Карно показал, что КПД любой тепловой машины не может превосходить КПД идеальной тепловой машины, работающей по его циклу с теми же самыми температурами нагревателя и холодильника ηCarnot = (t1 − t2)/t1. Создание эффективной тепловой машины — это максимальное приближение реального КПД η к идеальному ηCarnot.

Сади Карно умер от холеры восемь лет спустя — прежде, чем смог увидеть, как уже в XIX веке его формула эффективности превратилась в теорию классической термодинамики — набор универсальных законов, связывающих температуру, тепло, работу, энергию и энтропию.

Классическая термодинамика описывает статистические свойства систем, сводя микропараметры, такие как положения и скорости частиц, к макропараметрам: температуре, давлению и объему. Законы термодинамики оказались применимы не только к паровым машинам, но и к Солнцу, черным дырам, живым существам и всей Вселенной.

Это теория настолько простая и общая, что Альберт Эйнштейн считал, что она «никогда не будет свергнута». Однако с самого начала термодинамика занимала исключительно странное положение среди других теорий мироздания.

«Если бы физические теории были людьми, термодинамика была бы деревенской ведьмой, — писала несколько лет назад физик Лидия дель Рио. — Другие теории находят ее странной, отличной от остальных, но все приходят к ней за советом и никто не осмеливается ей противоречить».

Термодинамика никогда не претендовала на то, чтобы быть универсальным методом анализа окружающего мира, скорее, она путь к эффективному использованию этого мира.

Термодинамика рассказывает нам, как максимально использовать ресурсы, такие как горячий газ или намагниченный металл, для достижения конкретных целей, будь то движение поезда или форматирование жесткого диска.

Ее универсальность происходит от того, что она не пытается понять микроскопические детали отдельных систем, а только заботится о том, чтобы определить, какие операции легко реализовать в этих системах, а какие трудно.

Такой подход может показаться странным для ученых, но им активно пользуются в физике, информатике, экономике, математике и много где еще.

Одна из самых странных особенностей теории — это субъективность ее правил. К примеру, газ, состоящий из частиц, в среднем имеющих одинаковую температуру, при ближайшем рассмотрении имеет микроскопические температурные различия.

В последние годы появилось революционное понимание термодинамики, объясняющее эту субъективность с помощью квантовой теории информации, которая описывает распространение информации через квантовые системы.

Точно так же, как термодинамика первоначально выросла из попыток улучшить паровые двигатели, современная термодинамика описывает работу уже квантовых машин — управляемых наночастиц.

Для корректного описания мы вынуждены распространить термодинамику на квантовую область, где такие понятия, как температура и работа, теряют свое обычное значение, а классические законы механики перестают работать.


Квантовая термодинамика

Зарождение квантовой термодинамики

В письме от 1867 года своему коллеге, шотландцу Питеру Тейту, знаменитый физик Джеймс Кларк Максвелл сформулировал знаменитый парадокс, намекающий на связь между термодинамикой и информацией.

Парадокс касался второго закона термодинамики — правила, согласно которому энтропия всегда возрастает. Как позже заметил сэр Артур Эддингтон, это правило «занимает главенствующее положение среди законов природы».

Согласно второму закону, энергия становится все более неупорядоченной и менее полезной, поскольку она распространяется от горячих тел к холодным и различия в температуре уменьшаются.

А как мы помним из открытия Карно, для совершения полезной работы требуются горячее и холодное тело. Огонь гаснет, чашки с утренним кофе остывают, а Вселенная устремляется к состоянию равномерной температуры, известной как тепловая смерть Вселенной.

Великий австрийский физик Людвиг Больцман показал, что увеличение энтропии является следствием законов обычной математической статистики: существует гораздо больше способов для равномерного распределения энергии между частицами, чем для локальной ее концентрации. Когда частицы движутся, они естественным образом стремятся к состояниям с более высокой энтропией.

Но в письме Максвелла описывался мысленный эксперимент, в котором некое просветленное существо — позднее названное демоном Максвелла — использует свои знания для снижения энтропии и нарушения второго закона.

Всемогущий демон знает положение и скорость каждой молекулы в контейнере с газом. Разделяя контейнер на две половинки и открывая и закрывая маленькую дверцу между двумя камерами, демон пропускает только быстрые молекулы в одну сторону и только медленные — в другую.

Действия демона делят газ на горячий и холодный, концентрируя его энергию и снижая общую энтропию. Некогда бесполезный газ с некоторой средней температурой теперь можно пустить в ход в тепловой машине.

Долгие годы Максвелл и другие задавались вопросом, как закон природы может зависеть от знания или незнания положения и скорости молекул. Если второй закон термодинамики субъективно зависит от этой информации, то как он может быть абсолютной истиной?

Связь термодинамики с информацией

Столетие спустя американский физик Чарльз Беннетт, опираясь на работы Лео Силарда и Рольфа Ландауэра, разрешил парадокс, формально связав термодинамику с наукой об информации. Беннетт утверждал, что знания демона хранятся в его памяти, а память должна быть очищена, на что требуется работа.

В 1961 году Ландауэр подсчитал, что при комнатной температуре компьютеру требуется не менее 2,9 × 10-21 джоулей, чтобы стереть один бит хранимой информации. Другими словами, когда демон разделяет горячие и холодные молекулы, снижая энтропию газа, его сознание потребляет энергию, и общая энтропия системы газ + демон возрастает, не нарушая второй закон термодинамики.

Результаты исследования показали, что информация является физической величиной — чем больше у вас информации, тем больше работы вы можете извлечь. Демон Максвелла создает работу из газа с одной температурой, потому что у него гораздо больше информации, чем у обычного наблюдателя.

Потребовались еще полвека и расцвет квантовой теории информации — области, зародившейся в погоне за квантовым компьютером, чтобы физики подробно изучили поразительные следствия идеи Беннетта.

В течение последнего десятилетия физики предположили, что энергия распространяется от горячих объектов к холодным из-за определенного способа распространения информации между частицами.

Согласно квантовой теории, физические свойства частиц вероятностны и частицы могут находиться в суперпозиции состояний. Когда они взаимодействуют, то запутываются, комбинируя вместе распределения вероятностей, описывающих их состояния.

Центральным положением квантовой теории является утверждение, что информация никогда не теряется, то есть настоящее состояние Вселенной сохраняет всю информацию о прошлом. Однако со временем, когда частицы взаимодействуют и все больше запутываются, информация об их индивидуальных состояниях перемешивается и распределяется между все большим количеством частиц.

Чашка кофе охлаждается до комнатной температуры, потому что при столкновении молекул кофе с молекулами воздуха информация, кодирующая кофейную энергию, просачивается наружу, передается окружающему воздуху и теряется в нем.

Однако понимание энтропии как субъективной меры позволяет Вселенной в целом развиваться без потери информации. Даже когда энтропия частей Вселенной, например частиц газа, кофе, читателей N + 1, растет по мере того, как их квантовая информация теряется во Вселенной, глобальная энтропия Вселенной всегда остается нулевой.

15 лет назад люди думали об энтропии как о свойстве термодинамической системы. Сейчас же мы считаем, что энтропия — это не свойство системы, а свойство наблюдателя, описывающего систему.

Идея о том, что энергия имеет две формы: бесполезное тепло (о котором мы не знаем ничего) и полезную работу (о которой мы знаем почти все), имела смысл для паровых двигателей.

На самом деле между ними существует целый спектр форм — энергия, о которой у нас есть лишь частичная информация. При таком подходе энтропия и термодинамика становятся гораздо менее загадочными.

Ренато Реннер,
профессор университета ETH, Цюрих


Квантовая тепловые двигатели

Как же теперь, используя более глубокое понимание квантовой термодинамики, построить тепловую машину?

В 2012 году был учрежден технологический Европейский исследовательский центр, посвященный квантовой термодинамике, где в настоящее время работают более 300 ученых и инженеров.

Команда центра надеется исследовать законы, управляющие квантовыми переходами в квантовых двигателях и холодильниках, которые когда-нибудь смогут охлаждать компьютеры или использоваться в солнечных панелях, биоинженерии и других приложениях.

Уже сейчас исследователи намного лучше, чем раньше, понимают, на что способны квантовые двигатели.

Тепловой двигатель — это устройство, использующее квантовое рабочее тело и два резервуара при разных температурах (нагреватель и холодильник) для извлечения работы. Работа — это передача энергии от двигателя к какому-то внешнему механизму без изменения энтропии механизма.

С другой стороны, тепло — это обмен энергией между рабочем телом и резервуаром, изменяющий энтропию резервуара. При слабой связи между резервуаром и рабочим телом тепло связано с температурой и может быть выражено как dQ = TdS, где dS — это изменение энтропии резервуaра.

В элементарном квантовом тепловом двигателе рабочее тело состоит из одной частицы. Такой двигатель удовлетворяют второму закону и поэтому также ограничен пределом эффективности Карно.

Когда рабочее тело приводится в контакт с резервуаром, то в рабочем теле изменяется заселенность энергетических уровней. Определяющим свойством резервуара является его способность довести рабочее тело до заданной температуры независимо от начального состояния тела.

В данном случае температура является параметром квантового состояния системы, а не макропараметром, как в классической термодинамике: мы можем говорить о температуре как о заселенности энергетических уровней.

В процессе обмена энергией с резервуаром тело обменивается еще и энтропией, поэтому энергетический обмен на этой стадии рассматривается как передача тепла.

Для примера рассмотрим квантовый цикл Отто, в котором рабочим телом будет выступать двухуровневая система. В такой системе имеются два энергетических уровня, каждый из которых может быть заселен; пусть энергия основного уровня E1, а возбужденного E2. Цикл Отто состоит из 4 стадий:

          I. Расстояние между уровнями E1 и E2 увеличивается и становится Δ1 = E1 − E2.

          II. Происходит контакт с нагревателем, система нагревается, то есть верхний энергетический уровень заселяется и изменяется энтропия рабочего тела. Это взаимодействия продолжается время τ1.

          III. Происходит сжатие между уровнями E1 и E2, то есть происходит работа над системой, теперь расстояния между уровнями Δ2 = E1 − E2.

          IV. Тело приводится в контакт с холодильником на время τ2, что дает ему возможность срелаксировать, опустошить верхний уровень. Теперь нижний уровень оказывается полностью заселен.

Здесь мы можем ничего не говорить о температуре рабочего тела, имеют значения лишь температуры нагревателя и холодильника. Совершенную работу можно записать как:

dW = (p0(τ1) − p1(τ2))(Δ1 − Δ2),                       (1)

где p0(1) — вероятность, что рабочее тело находилось в основном (возбужденном) состоянии. КПД данного квантового четырехтактного двигателя η = 1 − Δ1/Δ2.

Цикл Отто на квантовой двухуровневой системе

Например, возможно построить квантовый двигатель, в котором роль рабочего тела играет сверхпроводящий кубит, а в качестве нагревателя и холодильника используются два нормальных резистора с разным сопротивлением.

Эти резисторы генерируют шум, обладающий характерной температурой: большой шум — нагреватель, маленький — холодильник.

Корректная работа такого двигателя была показана в работе ученых из университета Аалто в Финляндии.

В реализации цикла Отто разность между уровнями энергии можно модулировать постоянным магнитным потоком, то есть «сжимать» или «расширять» уровни, а включать взаимодействие с резервуарами отлично получалось короткими микроволновыми сигналами.

В 2015 году ученые из Еврейского университета Иерусалима подсчитали, что такие квантовые двигатели могут превзойти классические аналоги.

Эти вероятностные двигатели все еще следуют формуле эффективности Карно в терминах того, сколько работы они могут извлечь из энергии, проходящей между горячими и холодными телами. Но они способны извлекать работу гораздо быстрее.

Двигатель, сделанный из одного иона, был экспериментально продемонстрирован и представлен в 2016 году, хотя он не использовал квантовые эффекты для усиления мощности.

Недавно мы писали о том, что был построен квантовый тепловой двигатель на основе ядерного магнитного резонанса, чей КПД был очень близок к идеальному ηCarnot.

Квантовые тепловые машины можно использовать также для того, чтоб охлаждать как большие, так и микроскопически системы, такие как кубиты в квантовом компьютере.

Охладить микросистему значит уменьшить заселенности на возбужденных уровнях, уменьшить энтропию. Это можно сделать через те же термодинамические циклы, включающие в себя нагреватель и холодильник, но запущенные в обратном направлении.

В марте 2017 года была опубликована статья, в которой с помощью квантовой теории информации выводился третий закон термодинамики — утверждение о невозможности достижения абсолютной нулевой температуры.

Авторы статьи показали, что ограничение скорости охлаждения, препятствующее достижению абсолютного нуля, возникает из ограничения на то, как быстро информация может быть выкачана из частиц в объекте конечного размера.

Ограничение на скорость имеет прямое отношение к охлаждающим способностям квантовых холодильников.


Будущее квантовых двигателей

Скоро нас ждет расцвет квантовых технологий, и тогда квантовые тепловые машины могут сильно помочь.

Использовать кухонный холодильник для охлаждения микросистем не получится из-за его беспорядочной работы — в среднем температура в нем низкая, но локально она может достигать недопустимых значений.

Из-за тесной связи квантовой термодинамики с информацией мы в силах использовать наши знания (информацию) для совершения локальной работы — например, реализовать квантового демона Максвелла, используя многоуровневые системы, для охлаждения (очищения состояния) кубитов в квантовом компьютере.

Что касается квантовых двигателей большего масштаба, то утверждать, что такой двигатель придет на смену двигателю внутреннего сгорания, еще рано. Пока двигатели, состоящие из одного атома, имеют слишком низкую эффективность.

Однако интуитивно понятно, что при использовании макроскопической системы с множеством степеней свободы, мы сумеем извлечь лишь малую часть полезной работы, ведь такой системой можно управлять только в среднем. В концепции квантовых двигателей появляется возможность управлять системами более эффективно.

На данный момент в науке о наноразмерных тепловых машинах есть множество как теоретических, так и инженерных вопросов. Например, большой проблемой являются квантовые флуктуации, способные создавать «квантовое трение», привнося лишнюю энтропию и уменьшая эффективность двигателя.

Сейчас физики и инженеры активно работают над оптимальным контролем квантового рабочего тела и созданием нанонагревателя и нанохолодильника. Рано или поздно квантовая физика поможет нам создать новый класс полезных устройств.

Михаил Перельштейн

Конспект открытого урока по физике в 8 классе «Двигатели внутреннего сгорания».

Конспект урока физики в 8 кл. к учебнику А.В. Перышкина

«Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)»

Подготовила: Ковалевская О.С.

Учитель физики МОУ «Булюшкинская СОШ»

«Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)»

Цель урока: Ознакомиться с устройством и принципом работы ДВС.

Задачи учителя:

  1. познакомить с устройством ДВС и принципом его работы;

  2. научить применять полученные теоретические знания в конкретных ситуациях;

  3. развитие самостоятельности учащихся в процессе индивидуальной работы, воспитание взаимопомощи, формирование научного мировоззрения.

Ход урока.

1.Организационный момент.

Методическое обоснование: подготовка учащихся к активному восприятию материала, мотивация.

Представьте, что вы находитесь на улице. Что вы видите вокруг себя? А вокруг столько автомобилей! Что у них общего? (наличие двигателя)1слайд

  • Они бывают ветряными, электрическими, тепловыми.

  • Например, они приводят в движение автомобиль.

Догадайтесь, о чём идёт речь:2 слайд

Вот и тема нашего урока ДВС. Запишите в рабочих тетрадях тему урока.

— Сформулируйте цели урока (познакомиться с устройством и принципом работы ДВС)

Прежде, чем приступить к изучению нового материала, вспомним, что мы изучали ранее.

2.Актуализация знаний.

Методическое обоснование: в ходе небольшого фронтального опроса проверяется уровень знаний учащихся, проводится подготовка к изучению нового материала.

Цель – подвести учащихся к мысли о возможности превращения внутренней энергии топлива в механическую энергию.

1.Что называют внутренней энергией? (кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела)

2.Как можно изменить внутреннюю энергию? (можно изменить путём совершения работы и теплопередачи)

3.Изучение нового материала. (Познакомимся с принципом действия простейшего теплового двигателя на примере нагревания воды в пробирке, закрытой пробкой, видео ролик с пробиркой без звука)

Посмотрим простой опыт: в пробирку нальем немного воды, затем плотно закроем ее пробкой и нагреем воду до кипения. Давайте вместе ответим на следующие вопросы:

Что делали?

Нагревали воду

Что наблюдали?

Кипение воды и вылет пробки

Как объяснить?

Пар, образовавшийся при кипении совершил работу, под давлением пара пробка выскочила.

Как вы считаете если стеклянную пробирку заменить прочным металлическим цилиндром, а пробку – поршнем, который может двигаться вдоль цилиндра, то какое устройство можно создать? Это самый элементарный тепловой двигатель.

— Давайте вспомним определение тепловых двигателей.

(Тепловые двигатели — машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.)

— А какое превращение энергии произошло в нашем опыте?

(Внутренняя энергия пара кинетическую энергию пробки.)

А как все начиналось?

Че­ло­век давно заду­мы­вал­ся о том, как по­стро­ить со­от­вет­ству­ю­щие ма­ши­ны.

  1. Пер­вым таким че­ло­ве­ком (по до­шед­шим до нас све­де­ни­ям) был Герон Алексан­дрий­ский, ин­же­нер-изоб­ре­та­тель, ко­то­рый жил в I-II в. нашей эры. Он пер­вым со­здал свою зна­ме­ни­тую па­ро­вую ма­ши­ну, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся теп­ло­вой машиной Ге­ро­на. (слайд 3 )

  2. Джейм­сом Уатт. (слайд 4)

  3. Иван Пол­зу­нов. (слайд 5)

Подробнее об этом, в творческом д/з: доклады на тему о изобретателях тепловых машин, в чём заключался принцип действия этих машин.

А теперь переходим к главному

Учитель: Сейчас вы обратитесь к учебнику. Найдете в тексте параграфа, какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания, из каких основных частей он состоит, учебник параграф 22, стр.53 (слайды)

Двигатель внутреннего сгорания – очень распространенный вид теплового двигателя. Топливо (бензин, керосин или горючий газ) в нем сгорает прямо в нутрии самого двигателя. Отсюда и такое название — ДВС.

(модель двигателя в разрезе)

Устройство: цилиндр, поршень, 2 клапана (впуска и выпуска), свеча. Крайние нижнее и верхнее положения поршня называются мертвыми точками.

Рабочий цикл в двигателях внутреннего сгорания состоит из 4 процессов(тактов): впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. (слайды 6 и 7)

Учитель Записать в тетрадь такты ДВС:

  1. Впуск. В начале первого такта поршень движется вниз, объем над поршнем увеличивается, поэтому создается разрежение. В это время открывается клапан 1 и в цилиндр поступает горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, клапан 1 закрывается. (слайд 8)

  2. Сжатие. При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх и сжимает горючую смесь. В конце такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от искры) и быстро сгорает. Температура достигает 1600-1800 0С, давление 5 млн.паскалей. (слайд 9)

  3. Рабочий ход. Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз. Под действием расширяющихся нагретых газов двигатель совершает работу. В конце 3 такта открывается клапан 2. И через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. (слайд 10)

  4. Выпуск. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, в конце 4 такта клапан 2 закрывается. (слайд 11)

Учитель Кто попробует продемонстрировать работу ДВС на модели

Учитель (анимация)

Учитель На что это влияет количество цилиндров?

Ученик – на мощность двигателя, на равномерность вращения вала.

Учитель Их устанавливают на автомобилях, тракторах – 4, 8, 12 цилиндровые двигатели.

Учитель Какие ДВС стоят на мопедах, мотоциклах

Ученик – одно и двухцилиндровые двигатели

Учитель Но не во всех двигателях есть свеча для воспламенения рабочей смеси. В этих двигателях воспламенение происходит за счет резкого сжатия воздуха, из-за этого увеличивается температура смеси. Как называются эти двигатели?

Ученик Дизельные двигатели

5. Работа в группах. Заполните таблицу.

Поршень может двигаться вверх или вниз.

Клапаны либо открыты, либо закрыты.

И самые сложные процессы происходят с горючей смесью. Она входит в цилиндр; сжимается и воспламеняется; образованные горячие газы двигают поршень; выбрасываются в атмосферу.

I такт

II такт

III такт

IV такт

движение поршня

вниз

вверх

вниз

вверх

впускной клапан

открыт

закрыт

закрыт

закрыт

рабочее

тело

горючая смесь входит в цилиндр

Горючая смесь сжимается и воспламеняется

Образованные горячие газы двигают поршень

Отработанные газы выбрасываются в атмосферу

выпускной клапан

закрыт

закрыт

закрыт

открыт

7.Контроль знаний.

Методические обоснования: на данном этапе учащиеся выполняют мини-тест (раздаточный материал).

Тест к уроку «Двигатель внутреннего сгорания». 8 класс.

1.В качестве топлива в ДВС используется:

А.жидкое и твёрдое.

Б.твёрдое и газообразное.

В.жидкое и газообразное.

2. Такт работы — это

А.2 хода поршня.

Б.4 хода поршня.

В.1 ход поршня.

3. Какое устройство не является тепловым двигателем

А.паровая турбина.

Б.реактивный двигатель.

В.Электродвигатель.

4. Горючая смесь воспламеняется в конце такта

А.впуск.

Б.сжатие

В.выпуск.

Г.рабочий ход.

5.Установите соответствие между названием такта и его номером на рисунке.


А.впуск.

Б.сжатие

В.выпуск.

Г.рабочий ход.

6.Установите соответствие между частью ДВС и её номером на рисунке.

А.цилиндр.

Б.поршень.

В.шатун.

Г. впускной клапан.

Д.выпускной клапан.

Е.свеча зажигания.

8.Подведение итогов урока.

Методическое обоснование: необходимость выделения главного, формирование способности учащихся выражать своё отношение к изучаемому материалу.

Что изучили:

— Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

— Из каких основных частей он состоит?

— За сколько тактов происходит один рабочий цикл двигателя?

— Как называются эти такты?

9.Домашнее задание. Выставление оценок.

Методическое обоснование: подготовка учащихся на выполнение домашнего задания, развитие интереса к изучению физики.

Дома учащимся предлагается поработать с материалами параграфов 21 и 22 учебника.

Индивидуальные задания: трём учащимся предлагается выполнить творческое задание, в виде докладов – презентаций об изобретателях.

10.Рефлексия:

1 такт — я пассивно слушал

2 такт – я не все понял

3 такт – я все понял

4 такт – я ничего не понял

При выходе из класса оставьте один такт, который к вам подходит на своем рабочем месте.

Физика двигателя внутреннего сгорания

Очень распространенным вариантом двигателя внутреннего сгорания является четырехтактный двигатель. Эти двигатели имеют четыре «такта» для каждого цикла сгорания. Эти двигатели в основном используются в автомобилях, но недавно нашли применение в мотоциклах, лодках и даже снегоуборочных машинах.


анимация от keveney.com

Четыре «такта» этих двигателей следующие.

1. Впуск: впускной клапан (в левой верхней части цилиндра) открывается, позволяя свежему воздуху, богатому кислородом, смешанному с топливом, поступать в цилиндр.

2. Сжатие: поршень толкается вверх под действием импульса маховика, сжимающего воздушно-топливную смесь.

3. Сгорание: когда поршень достигает верхней точки своего хода или ВМТ, загорается свеча зажигания, воспламеняя смесь. Из-за высокого сжатия этой смеси (обычно около 190 фунтов на квадратный дюйм в типичном двигателе) она очень летучая и взрывается при появлении искры. Это толкает поршень вниз и производит мощность.

4. Выхлоп: после сгорания топливно-воздушной смеси оставшиеся химические вещества в цилиндре (в основном вода и CO2) должны быть удалены, чтобы можно было подать свежий воздух.Когда поршень поднимается вверх после сгорания, выпускной клапан (правая верхняя часть цилиндра) открывается, позволяя удалить выхлопные газы.

В идеале двигатель поглощает воздух (кислород и азот) и топливо (углеводороды) и производит CO2, h3O, а N2 просто проходит через него. Химическое уравнение выглядит следующим образом.

2 C8h28 (газ) + 25 O2 = 16 CO2 + 18h3O

Это уравнение представляет стехиометрическое соотношение воздух-топливо (14,7: 1). Однако при нормальных условиях движения двигатель будет работать в обедненных условиях при движении по шоссе (лучший пробег) и в тяжелых условиях при ускорении (большая мощность).Обедненное состояние приводит к образованию оксидов и вредных соединений азота. Богатые условия приводят к образованию окиси углерода. По этой причине каталитический нейтрализатор используется на большинстве более крупных двигателей.


материал pre-cat из выпускного коллектора Saturn

Катализатор в кошке представляет собой проволочную сетку или соты. Это позволяет пропускать выхлопные газы на большую площадь. Катализатор (обычно платиновый) преобразует вредные оксиды азота и монооксид углерода в азот, диоксид углерода и кислород.Каталитические нейтрализаторы работают лучше всего, когда они теплые (поскольку скорость реакции увеличивается с температурой), поэтому некоторые производители автомобилей ставят «предварительные коты» в выхлопной коллектор для преобразования газов, пока выхлопная система все еще нагревается.

Это охватывает основную функцию двигателя от впуска до выпуска. Далее мы исследуем взаимосвязь лошадиных сил и крутящего момента.

Введение во второй закон термодинамики: тепловые двигатели и их эффективность

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Сформулируйте выражения второго начала термодинамики.
  • Рассчитайте КПД и выбросы углекислого газа угольной электростанции, используя характеристики второго закона.
  • Опишите и определите цикл Отто.

Рис. 1. Эти льдины тают во время арктического лета. Некоторые из них повторно замерзают зимой, но второй закон термодинамики предсказывает, что крайне маловероятно, что молекулы воды, содержащиеся в этих льдинах, изменят характерную форму аллигатора, которую они сформировали, когда фотография была сделана летом 2009 года. .(Источник: Патрик Келли, Береговая охрана США, Геологическая служба США)

Второй закон термодинамики касается направления, принимаемого спонтанными процессами. Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, то есть они необратимы при заданном наборе условий. Хотя необратимость наблюдается в повседневной жизни — например, разбитое стекло не возвращается в исходное состояние — полная необратимость — это статистическое утверждение, которое нельзя увидеть в течение всей жизни Вселенной.Точнее, необратимый процесс — это процесс, который зависит от пути. Если процесс может идти только в одном направлении, то обратный путь принципиально отличается, и процесс не может быть обратимым. Например, как отмечалось в предыдущем разделе, тепло включает в себя передачу энергии от более высокой температуры к более низкой. Холодный объект, соприкасающийся с горячим, никогда не становится холоднее, передавая тепло горячему объекту и делая его более горячим. Кроме того, механическая энергия, такая как кинетическая энергия, может быть полностью преобразована в тепловую за счет трения, но обратное невозможно.Горячий неподвижный объект никогда самопроизвольно не остывает и не начинает двигаться. Еще один пример — расширение потока газа, введенного в один из углов вакуумной камеры. Газ расширяется, заполняя камеру, но никогда не собирается в углу. Случайное движение молекул газа могло бы вернуть их всех в угол, но этого никогда не происходит. (См. Рисунок 2.)

Рисунок 2. Примеры односторонних процессов в природе. (а) Теплообмен происходит самопроизвольно от горячего к холодному, а не от холодного к горячему.(б) Тормоза этого автомобиля преобразуют кинетическую энергию в теплоотдачу в окружающую среду. Обратный процесс невозможен. (c) Выброс газа, попадающего в эту вакуумную камеру, быстро расширяется, чтобы равномерно заполнить каждую часть камеры. Случайные движения молекул газа никогда не вернут их в угол.

Тот факт, что определенные процессы никогда не происходят, предполагает, что существует закон, запрещающий их возникновение. Первый закон термодинамики позволяет им происходить — ни один из этих процессов не нарушает закон сохранения энергии.Закон, запрещающий эти процессы, называется вторым законом термодинамики. Мы увидим, что второй закон может быть сформулирован разными способами, которые могут показаться разными, но на самом деле эквивалентными. Как и все законы природы, второй закон термодинамики дает представление о природе, и несколько его утверждений подразумевают, что он широко применим, фундаментально влияя на многие очевидно несопоставимые процессы.

Уже знакомое направление теплопередачи от горячего к холодному лежит в основе нашей первой версии второго закона термодинамики

Второй закон термодинамики (первое выражение)

Теплообмен происходит самопроизвольно от тел с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении.

Другой способ сформулировать это: невозможно, чтобы какой-либо процесс имел своим единственным результатом передачу тепла от более холодного объекта к более горячему.

Тепловые двигатели

Теперь давайте рассмотрим устройство, которое для работы использует теплопередачу. Как отмечалось в предыдущем разделе, такое устройство называется тепловой машиной и схематично показано на рисунке 3b. Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины — все это тепловые двигатели, которые работают, используя часть теплопередачи от какого-либо источника.Теплоотдача от горячего объекта (или горячего резервуара) обозначается как Q h , теплоотдача в холодный объект (или холодный резервуар) — Q c , а работа, выполняемая двигателем, составляет . W . Температуры горячего и холодного резервуаров составляют T h и T c соответственно.

Рис. 3. (a) Передача тепла происходит самопроизвольно от горячего объекта к холодному, что соответствует второму закону термодинамики.(б) Тепловой двигатель, представленный здесь кружком, использует часть теплопередачи для выполнения работы. Горячие и холодные предметы называются горячими и холодными резервуарами. Qh — теплоотдача из горячего резервуара, W — рабочая мощность, а Qc — теплоотдача в холодный резервуар.

Поскольку горячий резервуар нагревается снаружи, что требует больших затрат энергии, важно, чтобы работа выполнялась как можно более эффективно. Фактически, мы бы хотели, чтобы W равнялось Q h , и чтобы не было передачи тепла в окружающую среду ( Q c = 0).К сожалению, это невозможно. Второй закон термодинамики также утверждает относительно использования теплопередачи для выполнения работы (второе выражение второго закона):

Второй закон термодинамики (второе выражение)

Ни в одной системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать работу в циклический процесс, при котором система возвращается в исходное состояние.

Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы. Второй закон, только что сформулированный в его второй форме, четко гласит, что такие двигатели не могут иметь совершенного преобразования теплопередачи в выполненную работу. Прежде чем углубляться в основные причины ограничений на преобразование теплопередачи в работу, нам необходимо изучить взаимосвязи между W , Q h и Q c и определить эффективность циклического Тепловой двигатель.Как уже отмечалось, циклический процесс возвращает систему в исходное состояние в конце каждого цикла. Внутренняя энергия такой системы U одинакова в начале и в конце каждого цикла, то есть Δ U = 0. Первый закон термодинамики гласит, что Δ U = Q Вт , где Q — это чистая передача тепла в течение цикла ( Q = Q ч Q c ), а Вт — чистая работа, выполненная системой.Поскольку Δ U = 0 для полного цикла, мы имеем 0 = Q W , так что W = Q .

Таким образом, чистая работа, выполняемая системой, равна чистой теплопередаче в систему, или W = Q h Q c (циклический процесс), как схематично показано на рисунке 3b. Проблема в том, что во всех процессах происходит некоторая передача тепла в окружающую среду, причем обычно очень значительную.

При преобразовании энергии в работу мы всегда сталкиваемся с проблемой получения меньшего количества энергии, чем мы вкладываем. Мы определяем эффективность преобразования Eff как отношение полезной выходной работы к вложенной энергии (или, в другими словами, отношение того, что мы получаем, к тому, что мы тратим). В этом духе мы определяем эффективность теплового двигателя как его полезную мощность Вт , деленную на передачу тепла двигателю Q ч ; то есть

[латекс] Eff = \ frac {W} {Q _ {\ text {h}}} \\ [/ latex]

Поскольку W = Q h Q c в циклическом процессе, мы также можем выразить это как

[латекс] Eff = \ frac {Q _ {\ text {h}} — Q _ {\ text {c}}} {Q _ {\ text {h}}} = 1- \ frac {Q _ {\ text {c} }} {Q _ {\ text {h}}} \\ [/ latex] (циклический процесс),

, поясняющий, что эффективность 1, или 100%, возможна только при отсутствии передачи тепла в окружающую среду ( Q c = 0).Обратите внимание, что все Q положительны. Направление теплопередачи обозначается знаком плюс или минус. Например, Q c находится вне системы, поэтому перед ним стоит знак минус.

Пример 1. Ежедневная работа угольной электростанции, ее эффективность и выбросы углекислого газа

Угольная электростанция — это огромная тепловая машина. Он использует теплопередачу от сжигания угля для работы по включению турбин, которые используются для выработки электроэнергии.За один день большая угольная электростанция имеет 2,50 × 10 14 Дж теплопередачи от угля и 1,48 × 10 14 Дж теплопередачи в окружающую среду.

  1. Какие работы выполняет электростанция?
  2. Каков КПД электростанции?
  3. В процессе горения происходит следующая химическая реакция: C + O 2 → CO 2 . Это означает, что каждые 12 кг угля выбрасывают в атмосферу 12 кг + 16 кг + 16 кг = 44 кг углекислого газа.Если предположить, что 1 кг угля может обеспечить 2,5 × 10 6 Дж теплопередачи при сгорании, сколько CO 2 выбрасывается этой электростанцией в день?
Стратегия для части 1

Мы можем использовать Вт = Q h Q c , чтобы найти выходную мощность Вт , предполагая, что на электростанции используется циклический процесс. В этом процессе вода кипятится под давлением с образованием высокотемпературного пара, который используется для запуска паровых турбин-генераторов, а затем конденсируется обратно в воду, чтобы снова запустить цикл.{14} \ text {J} \ end {array} \\ [/ latex]

Стратегия для части 2

Эффективность может быть рассчитана с помощью [latex] Eff = \ frac {W} {Q _ {\ text {h}}} \\ [/ latex], поскольку указано Q h , а работа W была найдена в первая часть этого примера.

Решение для Части 2

Эффективность определяется по формуле: [latex] Eff = \ frac {W} {Q _ {\ text {h}}} \\ [/ latex]. Работа W была только что найдена равной 1,02 × 10 14 Дж, и дано Q h , поэтому эффективность составляет

.

[латекс] \ begin {array} {lll} Eff & = & \ frac {1.{14} \ text {J}} \\\ text {} & = & 0.408 \ text {, или} 40.8 \% \ end {array} \\ [/ latex]

Стратегия для части 3

Суточное потребление угля рассчитывается с использованием информации о том, что каждый день имеет место 2,50 × 10 14 Дж теплопередачи от угля. В процессе горения имеем C + O 2 → CO 2 . Таким образом, каждые 12 кг угля выбрасывают в атмосферу 12 кг + 16 кг + 16 кг = 44 кг CO 2 .

Решение для части 3

Суточное потребление угля

[латекс] \ frac {2.8 \ text {кг CO} _2 \\ [/ латекс]

Это 370 000 метрических тонн CO 2 , производимых ежедневно.

Обсуждение

Если вся производимая работа преобразуется в электричество в течение одного дня, средняя выходная мощность составит 1180 МВт (это остается вам как проблема в конце главы). Это значение примерно соответствует размеру крупномасштабной традиционной электростанции. Обнаруженный КПД достаточно близок к значению 42%, указанному для угольных электростанций. Это означает, что 59,2% энергии приходится на передачу тепла в окружающую среду, что обычно приводит к потеплению озер, рек или океана вблизи электростанции и в целом способствует потеплению планеты.Хотя законы термодинамики ограничивают эффективность таких установок, включая установки, работающие на ядерном топливе, нефти и природном газе, передача тепла в окружающую среду может использоваться, а иногда и используется для отопления домов или промышленных процессов. В целом низкая стоимость энергии не сделала экономичным более эффективное использование отходящего тепла от большинства тепловых двигателей. Угольные электростанции производят наибольшее количество CO 2 на единицу выработанной энергии (по сравнению с природным газом или нефтью), что делает уголь наименее эффективным ископаемым топливом.

Обладая информацией, приведенной в примере 1, мы можем найти такие характеристики, как эффективность теплового двигателя, не зная, как работает тепловая машина, но более детальное изучение механизма двигателя даст нам более глубокое понимание. На рисунке 4 показана работа обычного четырехтактного бензинового двигателя. Показанные четыре этапа завершают цикл этого теплового двигателя, возвращая бензиново-воздушную смесь в исходное состояние.

Рис. 4. В четырехтактном бензиновом двигателе внутреннего сгорания передача тепла в работу происходит в циклическом процессе, показанном здесь.Поршень соединен с вращающимся коленчатым валом, который одновременно работает с газом в цилиндре. (а) Воздух смешивается с топливом во время такта впуска. (b) Во время такта сжатия топливовоздушная смесь быстро сжимается почти в адиабатическом режиме, когда поршень поднимается при закрытых клапанах. Работа сделана на газе. (c) Рабочий ход состоит из двух отдельных частей. Сначала воспламеняется топливно-воздушная смесь, которая почти мгновенно преобразует химическую потенциальную энергию в тепловую, что приводит к значительному увеличению давления.Затем поршень опускается, и газ действует, передавая силу на расстоянии, что является почти адиабатическим процессом. (d) Такт выпуска вытесняет горячий газ, чтобы подготовить двигатель к следующему циклу, начиная с такта впуска.

Цикл Отто , показанный на рисунке 5а, используется в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания, хотя на самом деле истинные траектории цикла Отто не соответствуют точно тактам двигателя.

Адиабатический процесс AB соответствует почти адиабатическому такту сжатия бензинового двигателя.В обоих случаях производится работа с системой (газовой смесью в баллоне), повышая ее температуру и давление. На пути BC цикла Отто теплопередача Q h в газ происходит при постоянном объеме, вызывая дальнейшее повышение давления и температуры. Этот процесс соответствует сжиганию топлива в двигателе внутреннего сгорания и происходит так быстро, что объем почти постоянный. Путь CD в цикле Отто — это адиабатическое расширение, которое действительно работает во внешнем мире, точно так же, как рабочий такт двигателя внутреннего сгорания при его почти адиабатическом расширении.Работа, выполняемая системой по пути CD, больше, чем работа, выполняемая системой по пути AB, потому что давление больше, и, следовательно, имеется чистый выход работы. По пути DA в цикле Отто теплообмен Q c от газа при постоянном объеме снижает его температуру и давление, возвращая его в исходное состояние. В двигателе внутреннего сгорания этот процесс соответствует выхлопу горячих газов и всасыванию воздушно-бензиновой смеси при значительно более низкой температуре.В обоих случаях на этом конечном пути происходит передача тепла в окружающую среду.

Рис. 5. Диаграмма упрощенного цикла Отто, аналогичного тому, который используется в двигателе внутреннего сгорания. Точка А соответствует началу такта сжатия двигателя внутреннего сгорания. Траектории AB и CD являются адиабатическими и соответствуют тактам сжатия и мощности двигателя внутреннего сгорания соответственно. Пути BC и DA изохоричны и дают аналогичные результаты для участков зажигания и выхлопа-впуска, соответственно, цикла двигателя внутреннего сгорания.Работа выполняется с газом по пути AB, но больше работы выполняется с газом по пути CD, так что имеется чистый выход работы.

Чистая работа, выполняемая циклическим процессом, — это область внутри замкнутого пути на диаграмме PV , такой как внутренний путь ABCDA на рисунке 5. Обратите внимание, что во всех мыслимых циклических процессах это абсолютно необходимо для передачи тепла от система должна возникать, чтобы получить чистый результат работы. В цикле Отто теплообмен происходит по пути DA. Если теплопередача не происходит, то обратный путь тот же, а полезная мощность равна нулю.Чем ниже температура на пути AB, тем меньше работы требуется для сжатия газа. Тогда площадь внутри замкнутого пути больше, поэтому двигатель выполняет больше работы и, следовательно, более эффективен. Точно так же, чем выше температура на пути CD, тем больше будет выходная мощность. (См. Рис. 6.) Таким образом, эффективность зависит от температуры горячего и холодного резервуаров. В следующем разделе мы увидим, каков абсолютный предел эффективности теплового двигателя и как он связан с температурой.

Рис. 6. Этот цикл Отто обеспечивает большую производительность работы, чем цикл на рис. 5, потому что начальная температура пути CD выше, а начальная температура пути AB ниже. Площадь внутри петли больше, что соответствует большему выходу чистой работы.

Сводка раздела

  • Два выражения второго начала термодинамики: (i) передача тепла происходит спонтанно от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении; и (ii) в любой системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать для работы в циклическом процессе, в котором система возвращается в исходное состояние.
  • Необратимые процессы зависят от пути и не возвращаются в исходное состояние. Циклические процессы — это процессы, которые возвращаются в исходное состояние в конце каждого цикла.
  • В циклическом процессе, таком как тепловой двигатель, чистая работа, выполняемая системой, равна чистой теплопередаче в систему, или Вт = Q ч Q c , где Q h — передача тепла от горячего объекта (горячий резервуар), а Q c — передача тепла в холодный объект (холодный резервуар).
  • Эффективность может быть выражена как [латекс] Eff = \ frac {W} {{Q} _ {\ text {h}}} \\ [/ latex], отношение выходной работы, деленное на количество вложенной энергии.
  • Четырехтактный бензиновый двигатель часто объясняют с помощью цикла Отто, который представляет собой повторяющуюся последовательность процессов, преобразующих тепло в работу.

Концептуальные вопросы

  1. Представьте, что вы едете на машине на Пайкс-Пик в Колорадо. Чтобы поднять автомобиль весом 1000 килограммов на расстояние 100 метров, потребуется около миллиона джоулей.Вы можете поднять машину на 12,5 км с помощью энергии в галлоне газа. Подъем на пик Пайк (всего 3000 метров) требует чуть меньше литра бензина. Но следует учитывать и другие соображения. Объясните с точки зрения эффективности, какие факторы могут помешать вам реализовать идеальное потребление энергии в этой поездке.
  2. Необходима ли разница температур для работы теплового двигателя? Укажите, почему или почему нет.
  3. Определения эффективности различаются в зависимости от того, как преобразовывается энергия.Сравните определения эффективности человеческого тела и тепловых двигателей. Как определение эффективности в каждом из них соотносится с типом энергии, которая преобразуется для выполнения работы?
  4. Почему — помимо того факта, что второй закон термодинамики гласит, что реверсивные двигатели являются наиболее эффективными — тепловые двигатели, использующие обратимые процессы, должны быть более эффективными, чем те, которые используют необратимые процессы? Учтите, что диссипативные механизмы — одна из причин необратимости.

Задачи и упражнения

  1. Некий тепловой двигатель делает 10.0 кДж работы и 8,50 кДж теплопередачи происходит в окружающую среду в циклическом процессе. а) Каков был теплообмен в этом двигателе? б) Какова была эффективность двигателя?
  2. При 2,56 × 10 6 Дж теплопередачи в этот двигатель данный циклический тепловой двигатель может выполнять только 1,50 × 10 5 Дж работы. а) Каков КПД двигателя? (б) Какая степень теплопередачи в окружающую среду имеет место?
  3. (a) Какова производительность циклического теплового двигателя с 22.КПД 0% и передача тепла в двигатель 6,00 × 10 9 Дж? б) Сколько тепла передается в окружающую среду?
  4. (a) Каков КПД циклического теплового двигателя, в котором 75,0 кДж теплопередачи происходит в окружающую среду на каждые 95,0 кДж теплопередачи в двигатель? (б) Сколько работы он производит для передачи тепла в двигатель 100 кДж?
  5. Двигатель большого корабля выполняет 2,00 × 10 8 Дж работы с КПД 5,00%. а) Сколько тепла передается в окружающую среду? (b) Сколько баррелей топлива израсходовано, если каждый баррель производит 6.00 × 10 9 Дж теплоотдачи при сгорании?
  6. (a) Сколько тепла передается в окружающую среду электростанцией, которая использует 1,25 × 10 14 Дж для передачи тепла в двигатель с КПД 42,0%? (б) Каково отношение теплопередачи к окружающей среде к производительности труда? (c) Сколько работы сделано?
  7. Предположим, что турбины на угольной электростанции были модернизированы, что привело к повышению эффективности на 3,32%. Предположим, что до модернизации электростанция имела КПД 36% и что передача тепла в двигатель за один день осталась прежней — 2.50 × 1014 Дж. (а) Насколько больше электроэнергии вырабатывается в результате модернизации? (б) Насколько меньше теплопередачи в окружающую среду в результате модернизации?
  8. Эта задача сравнивает выработку энергии и передачу тепла в окружающую среду двумя разными типами атомных электростанций — одна с нормальным КПД 34,0%, а другая с улучшенным КПД 40,0%. Предположим, что оба имеют одинаковую теплопередачу в двигатель за один день, 2,50 × 10 14 Дж. (А) Насколько больше электроэнергии вырабатывает более эффективная электростанция? (б) Насколько меньше теплоотдача в окружающую среду происходит от более эффективной электростанции? (Один из типов более эффективных атомных электростанций — реактор с газовым охлаждением — оказался недостаточно надежным, чтобы быть экономически целесообразным, несмотря на его большую эффективность.)

Глоссарий

необратимый процесс: любой процесс, зависящий от направления пути

второй закон термодинамики: теплопередача течет от более горячего к более холодному объекту, а не наоборот, и некоторая тепловая энергия в любом процессе теряется на доступную работу в циклическом процессе

циклический процесс: процесс, в котором путь возвращается в исходное состояние в конце каждого цикла

Цикл Отто: термодинамический цикл, состоящий из пары адиабатических процессов и пары изохорных процессов, который преобразует тепло в работу, т.е.г., цикл впуска, сжатия, зажигания и выпуска четырехтактного двигателя

Избранные решения проблем и упражнения

1. (а) 18,5 кДж; (б) 54,1%

3. (а) 1.32 × 10 9 Дж; (б) 4.68 × 10 9 Дж

5. (а) 3.80 × 10 9 Дж; (б) 0,667 баррелей

7. (а) 8,30 × 10 12 Дж, что составляет 3,32% от 2,50 × 10 14 Дж; (б) –8,30 × 10 12 Дж, где отрицательный знак указывает на снижение теплопередачи в окружающую среду.

Какая простая модель двигателя внутреннего сгорания?

Один простой способ проанализировать различные типы двигателей — в термодинамических терминах, разделив один цикл двигателя на фазы, аналогичные четырем фазам теплового двигателя, и отметив, какие фазы являются приблизительно адиабатическими (тепло не входит и не выходит) и какие термодинамические количества поддерживаются приблизительно постоянными в каждой фазе, и все это отображается на диаграмме давления и объема. В книге Даниэля Шредера An Introduction to Thermal Physics этот тип анализа для двигателя внутреннего сгорания приведен на стр.131:

Рабочее вещество — газ, первоначально смесь воздуха и испаренный бензин. Эта смесь сначала вводится в цилиндр и сжатый адиабатически поршнем. Свеча зажигания воспламеняет смеси, повышая ее температуру и давление, пока объем не менять. Затем газ под высоким давлением выталкивает поршень наружу, расширяется адиабатически и производит механическую работу. Наконец, горячие выхлопные газы удаляются и заменяются новой смесью при более низкой температура и давление.Полный цикл показан на рисунке 4.5. где я представил этапы выхлопа / замены, как если бы просто понижение давления из-за отвода тепла. Какие на самом деле происходит так, что поршень выталкивает старую смесь наружу через клапан и втягивает новую смесь через другой клапан, изгоняя тепло, но не работая в сети. Этот цикл называется Отто. цикл , в честь немецкого изобретателя Николауса Августа Отто.

График давление-температура в книге (‘Рисунок 4.5 ‘, упомянутый выше) в основном аналогичен приведенному на этой странице с описанием различных типов двигателей:

Подробнее о цикле Отто здесь. Однако, как упоминалось другими в комментариях, подробное описание того, как движение поршней в двигателе используется для вращения шин, больше похоже на инженерное дело, чем на физику, по-видимому, вся система называется трансмиссией, которую вы можете увидеть на диаграмме. здесь:

Погуглите любую из этикеток, чтобы найти дополнительную информацию, но если вам интересно, как движение поршней вверх и вниз превращается во вращение, я думаю, что гидротрансформатор — это то, о чем стоит прочитать, статья здесь похоже на хорошее вступление.

Что касается того, как педаль газа контролирует скорость, вот еще одна хорошая страница о том, как работают автомобильные двигатели, где говорится, что основная идея заключается в том, что «чем сильнее водитель нажимает на педаль акселератора, тем больше смеси топлива и воздуха проходит в цилиндров и тем больше мощности вырабатывается «. На этой странице говорится, что все дело в том, что педаль управляет клапаном, который определяет, сколько воздуха поступает в цилиндры, и что «Блок управления двигателем (ЭБУ, компьютер, который управляет всеми электронными компонентами вашего двигателя)« видит » дроссельная заслонка открывается и увеличивает расход топлива в ожидании поступления большего количества воздуха в двигатель »(не уверен, как регулировался расход топлива на старых автомобилях без компьютеров).И, очевидно, количество воздуха и топлива в цилиндрах определяет, насколько быстро они завершают каждый ход, и из-за других элементов трансмиссии, таких как преобразователь крутящего момента, это определяет скорость вращения колес.

Вот еще одна довольно подробная страница о физике автомобильных двигателей, если хотите больше.

Двигатели внутреннего сгорания — обзор

ВВЕДЕНИЕ

Теплопередача в двигателях внутреннего сгорания влияет на объемный, механический и тепловой КПД, выбросы выхлопных газов, выбор материалов, определение размеров компонентов двигателя и затраты на техническое обслуживание.Это основной параметр при моделировании термодинамических процессов. На методы конечных элементов, помогающие при проектировании компонентов двигателя, также влияет теплопередача из-за тепловой нагрузки компонентов. Примерно 20% доступной энергии теряется при передаче тепла во время различных термодинамических процессов. Местная теплопередача в цилиндре влияет на механическую прочность поршня или колец, а также на вязкость смазочного масла и возможность ненормального сгорания.Образование очага пламени, работа свечи зажигания или выпускного клапана зависят от теплопередачи. При проектировании головки блока цилиндров и поршня или в целом камеры сгорания прогнозируется влияние материала, размеров, формы и конфигурации на теплопередачу. Производительность, долговечность и стабильность производимого продукта тесно связаны с успехом прогнозов.

Есть два аспекта теплопередачи; общая средняя теплопередача влияет на общую производительность двигателя, в то время как мгновенная локальная теплопередача влияет на проблемные области в конструкции.Таким образом, экспериментальная и теоретическая работа в равной степени сосредоточена на средней и локальной мгновенной теплопередаче.

Теплообмен между газами и стенками цилиндров двигателей внутреннего сгорания осуществляется за счет принудительной конвекции и излучения. В двигателях с искровым зажиганием радиационной теплопередачей можно пренебречь. Однако на него может приходиться от 20 до 40 процентов общей теплопередачи в двигателях с воспламенением от сжатия. Это связано с наличием частиц сажи при сгорании двигателя с воспламенением от сжатия.

Прогнозирование общей теплопередачи в двигателях внутреннего сгорания обычно основывается на предположении, что процесс теплопередачи является квазистационарным. Были сформулированы различные эмпирические соотношения для прогнозирования мгновенного теплопереноса, усредненного по пространству. Аннанд [1] предложил рассчитывать квазистационарную теплопередачу в двигателях с искровым зажиганием за счет конвективной теплопередачи;

(1) qcA = hc. (Tg-Tw)

После применения размерного анализа он предложил безразмерную зависимость;

(2) Nu = а.Reb

(3) hc.Dk = a. (Ρ.vpm.Dμ) b

диаметр отверстия цилиндра был взят в качестве характерного размера, а средняя скорость поршня использовалась для представления движения газа. Арман также предложил эмпирическое соотношение для радиационной теплопередачи;

(4) qrA = c.ε. (Tg4-Tw4)

и в сочетании с уравнением. (1) и уравнение. (3);

(5) qA = kD.a. (Ρ.vpm.Dμ) b. (Tg-Tw) + c.ε. (Tg4-Tw4)

где a = от 0,35 до 0,8b = 0,7c = 0 искра двигатели с воспламенением от сжатия c = 0,57 двигатели с воспламенением от сжатия

Woschni [2] предложил аналогичную связь с формулой.(2) с a = 0,035 и b = 0,8. Чтобы лучше соответствовать своим экспериментальным данным, Хоэнбург [3] дополнительно модифицировал член эффективной скорости газа и использовал мгновенный объем цилиндра для определения характерной длины. Пытаясь предсказать локальные тепловые потоки и учесть локальный эффект завихрения в двигателях с воспламенением от сжатия, Дент и Сулейман [4] предложили следующее соотношение;

(6) qA = 0,023 крон (ρ.ω.r2μ) .0,8 (Tg − Tw)

для числа Прандтля Pr = 0.73, T g и T w — локальные температуры на равных радиусах от точки впрыска.

В двигателях с искровым зажиганием для описания процесса сгорания используются двухзонные или многозонные модели. Мгновенные прогнозы среднего по площади теплового потока Аннанда и Вошни используются с усредненными по массе зональными средними температурами.

Точность прогнозов мгновенной скорости теплопередачи в основном зависит от точности измерений температуры поверхности стенки.Новаторская работа Эйхельберга [5] была основана на результатах, полученных с помощью термопарных спаев тонких проводов, расположенных ниже поверхности головки блока цилиндров. Измерения температуры поверхности улучшились за счет осаждения металлов в вакууме.

Термопара Бендерского [6], показанная на рис. 1, представляла собой автономный зонд, который можно было установить в головку блока цилиндров. Он страдает от контактного сопротивления на резьбе и от прямого столкновения никелевой проволоки в центре горячего спая термопары с однородностью корпуса зонда.Изоляция никелевого провода также представляла проблему, которую удалось решить с помощью метода емкостного разряда. Однако основная идея была разработана различными исследователями. Ма [7] использовал композитную ленту в качестве вывода от спая термопары. Байка [8] использовал аналогичную технику для изготовления поверхностных термопар (рис. 2). Техника вакуумного напыления также использовалась для изготовления зондов для измерения теплового потока. Дао и др. [9] нанесены термисторы на обе поверхности тонких дисков из пирекса. Alkidas [10] также использовал датчики теплового потока.В двигателях с искровым зажиганием измерение температуры поверхности на различных расстояниях от свечи зажигания показало более высокий тепловой поток в зоне раннего появления пламени. Это соответствовало прогнозам температуры газа в многозонной модели, предложенной Байкой [11].

Рисунок 1. Поверхностная термопара Бендерского

Рисунок 2. Поверхностная термопара Байка

Самым слабым аспектом прогнозов конвективной теплопередачи является включение движения газа в число Рейнольдса в уравнении.(2).

Температуру газа можно визуализировать как имеющую крутой градиент около стенок цилиндра в пределах теплового пограничного слоя и почти нулевой градиент вдали от стенок цилиндра. Байка [12] применил эту модель отдельно к сгоревшему и несгоревшему газу с фронтом пламени, разделяющим две зоны, для процесса горения в одноходовой машине быстрого сжатия. Та же формулировка может быть применена и к многозонной модели. Прогнозирование толщины теплового пограничного слоя и оценка эффективной теплопроводности теплового пограничного слоя можно использовать для прогнозирования теплового потока.Borgnakke et.al. [13] предложила модель для прогнозирования тепловых потоков через тепловую границу и турбулентность в цилиндре. Тепловой поток через тепловой пограничный слой может быть выражен как:

(7) qA = keδ. (Tg-Tw)

Толщина теплового пограничного слоя будет изменяться во время процессов газообмена, сжатия, сгорания и расширения. На него будут влиять частота вращения двигателя, нагрузка, соотношение воздух / топливо, завихрение, вызванное индукцией или сжатием, температура газа на входе, объемный КПД, степень сжатия, время искры или впрыска, а также состояние охлаждающей жидкости.Конструкция камеры сгорания, толщина стенок и материалы головки блока цилиндров, гильзы и поршня также влияют на тепловой пограничный слой. Лайфорд-Пайк и Хейвуд [14] провели измерения толщины теплового пограничного слоя в двигателе с искровым зажиганием с помощью фотографии Шлирена.

Целью данного исследования было изготовление автономного зонда и системы сбора данных для сбора экспериментальных данных о тепловом пограничном слое газов над поверхностью, а также о локальной температуре поверхности головки цилиндров поршневого двигателя внутреннего сгорания. двигатель.На этом этапе исследования основное внимание уделялось успешной эксплуатации зонда и системы сбора данных. В настоящее время проводится дальнейшее исследование, в котором разрабатывается одномерная модель, разработанная Байкой [12], и исследуются дополнительные параметры, такие как частота вращения двигателя и завихрение газа.

1903 Термодинамический цикл двигателя — цикл Отто

Братья Райт использовали бензиновый, четырехтактный, двигатель внутреннего сгорания для питания своих самолет.В двигателе внутреннего сгорания топливо и воздух воспламеняется внутри цилиндр. Горячий выхлопной газ толкает поршень в цилиндр, который соединен с коленчатый вал производить мощность. Сжигание топлива не является непрерывным процессом, но происходит очень быстро через равные промежутки времени. Между возгоранием детали двигателя двигаться в повторяющейся последовательности, называемой циклом . Двигатель называется четырехтактным, потому что в нем четыре движения. (штрихи) поршня за один цикл.Конструкция братьев была основана на ранних конструкциях автомобильных двигателей, в которых использовались Цикл Отто , разработанный немецким доктором Н.А. Отто в 1876 году.

Дизайн братьев очень прост по сегодняшним меркам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы изучить основы работа двигателя. Работа двигателя состоит из двух основных частей: механическая операция частей двигателя и термодинамики, с помощью которой двигатель производит Работа а также мощность.На этой странице мы обсудим основные термодинамические принципы и на отдельной странице мы представляем термодинамический анализ что позволяет проектировать и прогнозировать работу двигателя.

Термодинамика это раздел физики, имеющий дело с энергией и работа системы. Он родился в 19 веке как ученые. впервые открыли, как строить и эксплуатировать паровые двигатели. Термодинамика имеет дело только с крупномасштабным откликом системы. которые мы можем наблюдать и измерять в экспериментах.Основные идеи термодинамики преподаются в классах физики в средней школе. поэтому братья Райт знали и использовали эти концепции, особенно в своих конструкция двигателя.

Мы разорвали цикл Отто на шесть пронумерованных этапов на основе механическая операция двигателя. На каждом этапе мы показываем разрез в цилиндре, чтобы показать движение поршень и количество объема газа, создаваемого головкой поршень и цилиндр справа от головки поршня.На рисунке показан график давление по сравнению с объемом газа в течение одного цикла. Цикл начинается в нижнем левом углу с Этап 1 является началом такт впуска двигателя. Давление близко атмосферное давление и минимальный объем газа, поршень далеко вправо в цилиндре. Между ступенью 1 и ступенью 2 поршень перемещается влево, давление остается постоянным, а объем газа увеличивается когда топливно-воздушная смесь втягивается в цилиндр через впускной клапан (красный). Этап 2 начинает такт сжатия двигателя с закрытие впускного клапана. Между этапом 2 и ступень 3, поршень движется назад вправо, объем газа уменьшается, и давление увеличивается, потому что работа сделана на газ поршневой. Этап 3 — начало горение топливовоздушной смеси. Возгорание происходит очень быстро, а объем остается постоянным. Нагревать выделяется во время горения, что увеличивает как температура и давление, согласно уравнение состояния. Этап 4 начинает рабочий ход двигателя. Между этапом 4 и этапом 5, поршень перемещается назад влево, объем увеличивается, а давление падает как работа сделана по газу на поршне. На Этап 5 выпускной клапан (синий) открывается а остаточное тепло в газе равно обменялся с окружающей средой. Громкость остается постоянным, а давление возвращается к атмосферным условиям. Этап 6 начинает такт выпуска двигателя, во время которого поршень сдвигается вправо, объем уменьшается и давление остается постоянным.В конце такта выпуска условия вернулись к Этапу 1, и процесс повторяется.

Во время цикла Работа осуществляется на газе поршнем между ступенями 2 и 3. Работа выполняется газ на поршне между ступенями 4 и 5. Разница между работой, проделанной на газ и работа, проделанная с газом, показаны желтым цветом и являются произведенной работой. по циклу. Время работы, умноженное на скорость цикла (циклов в секунду), составляет равно мощность производится двигателем.Площадь, ограниченная циклом на диаграмме p-V пропорциональна работе, произведенной в цикле. На этой странице у нас есть показан идеальный цикл Отто , в котором нет поступления тепла (или уходящий) газ при сжатии и силовых тактах, трения нет потери и мгновенное горение, происходящее при постоянном объеме. В реальности, идеального цикла не происходит, и есть много потерь, связанных с каждый процесс. Эти потери обычно учитываются коэффициентами эффективности. которые умножают и видоизменяют идеальный результат.Для реального цикла форма диаграммы p-V аналогичен идеальному, но площадь (работа) равна всегда меньше идеального значения.



Деятельность:

Навигация ..


Возрождение пути Райта
Руководство по воздухоплаванию для новичков
Домашняя страница НАСА
http://www.nasa.gov

% PDF-1.4 % 1 0 obj > эндобдж 5 0 obj /Заголовок /Предмет / Автор /Режиссер / Ключевые слова / CreationDate (D: 20210506155536-00’00 ‘) / ModDate (D: 201164156 + 01’00 ‘) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 объект > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 44 0 объект > эндобдж 45 0 объект > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 47 0 объект > эндобдж 48 0 объект > эндобдж 49 0 объект > эндобдж 50 0 объект > эндобдж 51 0 объект > эндобдж 52 0 объект > эндобдж 53 0 объект > эндобдж 54 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 57 0 объект > эндобдж 58 0 объект > эндобдж 59 0 объект > эндобдж 60 0 объект > эндобдж 61 0 объект > эндобдж 62 0 объект > эндобдж 63 0 объект > эндобдж 64 0 объект > эндобдж 65 0 объект > эндобдж 66 0 объект > эндобдж 67 0 объект > эндобдж 68 0 объект > эндобдж 69 0 объект > эндобдж 70 0 объект > эндобдж 71 0 объект > эндобдж 72 0 объект > эндобдж 73 0 объект > эндобдж 74 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 77 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 90 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 92 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 94 0 объект > эндобдж 95 0 объект > эндобдж 96 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 98 0 объект > эндобдж 99 0 объект > эндобдж 100 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 102 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 108 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 110 0 объект > эндобдж 111 0 объект > эндобдж 112 0 объект > эндобдж 113 0 объект > эндобдж 114 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 116 0 объект > эндобдж 117 0 объект > эндобдж 118 0 объект > эндобдж 119 0 объект > эндобдж 120 0 объект > эндобдж 121 0 объект > эндобдж 122 0 объект > эндобдж 123 0 объект > эндобдж 124 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 126 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 128 0 объект > эндобдж 129 0 объект > эндобдж 130 0 объект > эндобдж 131 0 объект > эндобдж 132 0 объект > эндобдж 133 0 объект > эндобдж 134 0 объект > эндобдж 135 0 объект > эндобдж 136 0 объект > эндобдж 137 0 объект > эндобдж 138 0 объект > эндобдж 139 0 объект > эндобдж 140 0 объект > эндобдж 141 0 объект > эндобдж 142 0 объект > эндобдж 143 0 объект > эндобдж 144 0 объект > эндобдж 145 0 объект > эндобдж 146 0 объект > эндобдж 147 0 объект > эндобдж 148 0 объект > эндобдж 149 0 объект > эндобдж 150 0 объект > эндобдж 151 0 объект > эндобдж 152 0 объект > эндобдж 153 0 объект > эндобдж 154 0 объект > эндобдж 155 0 объект > эндобдж 156 0 объект > эндобдж 157 0 объект > эндобдж 158 0 объект > эндобдж 159 0 объект > эндобдж 160 0 объект > эндобдж 161 0 объект > эндобдж 162 0 объект > эндобдж 163 0 объект > эндобдж 164 0 объект > эндобдж 165 0 объект > эндобдж 166 0 объект > эндобдж 167 0 объект > эндобдж 168 0 объект > эндобдж 169 0 объект > эндобдж 170 0 объект > эндобдж 171 0 объект > эндобдж 172 0 объект > эндобдж 173 0 объект > эндобдж 174 0 объект > эндобдж 175 0 объект > эндобдж 176 0 объект > эндобдж 177 0 объект > эндобдж 178 0 объект > эндобдж 179 0 объект > эндобдж 180 0 объект > эндобдж 181 0 объект > эндобдж 182 0 объект > эндобдж 183 0 объект > эндобдж 184 0 объект > эндобдж 185 0 объект > эндобдж 186 0 объект > эндобдж 187 0 объект > эндобдж 188 0 объект > эндобдж 189 0 объект > эндобдж 190 0 объект > эндобдж 191 0 объект > эндобдж 192 0 объект > эндобдж 193 0 объект > эндобдж 194 0 объект > эндобдж 195 0 объект > эндобдж 196 0 объект > эндобдж 197 0 объект > эндобдж 198 0 объект > эндобдж 199 0 объект > эндобдж 200 0 объект > эндобдж 201 0 объект > эндобдж 202 0 объект > эндобдж 203 0 объект > эндобдж 204 0 объект > эндобдж 205 0 объект > эндобдж 206 0 объект > эндобдж 207 0 объект > эндобдж 208 0 объект > эндобдж 209 0 объект > эндобдж 210 0 объект > эндобдж 211 0 объект > эндобдж 212 0 объект > эндобдж 213 0 объект > эндобдж 214 0 объект > эндобдж 215 0 объект > эндобдж 216 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI] >> эндобдж 217 0 объект > поток х ڕ XɎ6 + 0dAroA \) ^ FYw> R ^ -nKN Ք \ ^ qW |?> -_ ~ qƇ _6.P 溲 = D (7N; + m> & ܙ4 Pf4AȦ «Y; TE9J (% Ŕm] GyDn3 | S ~} ߡ h + Qrs] ‘ʡV KZxf ‘[g

Двигатель внутреннего сгорания | Barclay Physics Вики

Двигатель внутреннего сгорания


Когда ископаемое топливо или высокоэнергетическое топливо, такое как бензин или дизельное топливо, воспламеняется в небольшом замкнутом пространстве, выделяется большое количество энергии. Когда такое топливо горит, они используют четырехтактный цикл сгорания или цикл Отто. Четыре части цикла …

  • Индукционный ход
  • Ход сжатия
  • Ход горения
  • Ход выхлопа

Большинство двигателей содержат от четырех до двенадцати цилиндров, что обеспечивает плавное вращение двигателя во время цикла.Четыре такта двигателя внутреннего сгорания всегда в одном и том же порядке: впуск, сжатие, сгорание и затем выпуск. Это, в свою очередь, означает, что поршень перемещается вверх и вниз дважды за один цикл в цилиндре. Эти ходы вызывают два оборота коленчатого вала, и этот процесс повторяется во время работы двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания

При такте впуска впускной клапан открывается. Поршень движется вниз, и смесь воздуха и испарившегося топлива впрыскивается или выталкивается атмосферным давлением в цилиндр через порт впускного клапана.Когда поршень снова начинает двигаться вверх, впускной клапан закрывается вместе с выпускным клапаном, обеспечивая герметичность цилиндра. Когда поршень движется вверх, воздух / топливо сжимаются, тем самым увеличивая давление в цилиндре, а также температуру.

Когда поршень достигает верхней части цилиндра, через свечу зажигания возникает электрический разряд. Искра воспламеняет топливно-воздушную смесь. Смесь воспламеняется, и давление в баллоне повышается до более высокого уровня. Это высокое давление заставляет поршень опускаться обратно в цилиндр.Усилие на поршне теперь передается через шатун на коленчатый вал. Коленчатый вал вращается за счет этой силы.

Когда поршень второй раз достигает дна цилиндра, открывается выпускной клапан.