ГДЗ по физике, 8 класс, Перышкин, номер 24.6: Двигатель внутреннего сгорания

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо рассмотреть энергетический баланс каждого из четырёх тактов цикла работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Мы проанализируем, в какой момент происходит преобразование внутренней энергии топлива в механическую работу, а в каких случаях двигатель тратит энергию для обеспечения следующего рабочего такта.

Вычисление и анализ тактов:

1. Такт 1: Впуск. Поршень движется вниз от верхней мёртвой точки к нижней. Клапан впуска открыт. Двигатель не совершает полезной работы; наоборот, он использует инерцию маховика или энергию предыдущего рабочего такта для создания разрежения и засасывания горючей смеси. Это затратный такт.
2. Такт 2: Сжатие. Оба клапана закрыты, поршень движется вверх. Происходит сжатие смеси. Для этого требуется совершить работу над газом, увеличивая его внутреннюю энергию (ΔU>0). Эта работа также берётся из запаса кинетической энергии вращающихся частей двигателя. Это затратный такт.
3. Такт 3: Рабочий ход (Расширение). В конце такта сжатия происходит воспламенение смеси. Газы расширяются с большой силой и толкают поршень вниз. Именно здесь химическая энергия топлива переходит во внутреннюю энергию газов, а затем — в механическую работу, которая передается коленчатому валу. Только этот такт производит энергию для всего цикла.
4. Такт 4: Выпуск. Поршень движется вверх, выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан. Двигатель снова тратит механическую энергию на преодоление сопротивления газов при их удалении. Это затратный такт.

Проверка и вывод:

Из анализа следует, что три такта (впуск, сжатие, выпуск) являются вспомогательными и требуют затрат энергии для подготовки цилиндра к следующему циклу. Энергия для этих процессов накапливается в маховике за счёт единственного такта, где происходит расширение газов под давлением. Поэтому только третий такт называют рабочим ходом, так как именно он является источником механической работы двигателя.