Связь профессионально-значемых вопросов раздела «Газовые законы» с изучением устройства двигателей внутреннего сгорания

.СВЯЗЬ ПРОФЕССИОНАЛЬНО ЗНАЧЕМЫХ ВОПРОССОВ РАЗДЕЛА «ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ» С ИЗУЧЕНИЕМ УСТРОЙСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Будущим мастерам сельскохозяйственного производства необходимы более глубокие знания механических и тепловых явлений. Знания по этим разделам составляют базу для овладения профессией и дальнейшего изучения такого раздела физики как «Термодинамика»

Одним из эффективных путей осуществления принципа направленности в преподавании «Газовых законов» является конкретизация физических понятий, законов и явлений на профессиональном учебном материале.

Для была разработана схема-перечень физических понятий, законов и явлений раздела «Газовые законы», которые конкретизируются на профессиональном учебном материале мастерам сельскохозяйственного производства

Таблица 5

Температура. Абсолютная температура.

Температура при воспламенении горючей смеси, выхлопных газов, масла, воды в системе охлаждения

Тепловое равновесие

30-40% теплоты, выделившейся при сгорании топлива, идёт на нагрев двигателя. Если эту теплоту не отводить от деталей, то нарушится нормальная работа двигателя. Последний надёжно работает при равновесии между теплотой, поступающей на детали и отдаваемой окружающей среде.

Изменение давления газа при изменении температуры Закон. Шарля (изохорический процесс)

а) Давление повышается за счёт увеличения температуры при сгорании горючей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Вспышка происходит мгновенно, поэтому можно считать, что объём постоянный.

б) увеличение давления воздуха в баллонах колёс автомобиля при нагревании их от длительной езды.

Изменение давления газа при изменении объёма

а) степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объём топливно-воздушной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя или воздуха в цилиндре дизельного двигателя при перемещении поршня от НМТ до ВМТ. Можно ли считать, что происходящее при этом сжатие газа подчиняется закону Бойля-Мариотта?

б) при такте сжатия в двигателе внутреннего сгорания объём уменьшается в 6-7 раз и более, а давление возрастает до 1МПа и более. Почему давление растёт быстрее, чем происходит уменьшение объёма?

Адиабатический процесс

(возрастание температуры газа при резком сжатии)

При сжатии воздуха в цилиндрах дизельного двигателя температура увеличивается на столько, что впрыскиваемое через форсунку топливо самовоспламеняется

Изменение давления газа при изменение его объёма. Изменение внутренней энергии и температуры газа

При рабочем ходе поршня объём увеличивается, а давление уменьшается. То же происходит и при выпуске газа. Можно ли считать эти процессы изотермическими? Применим ли к ним закон Бойля-Мариотта?

Необратимые процессы

Тепловые процессы, происходящие в двигателе внутреннего сгорания

Теплопроводность. Хорошие и плохие проводники теплоты

а) У двигателя внутреннего сгорания имеется блок цилиндров и головка блока. Алюминиевая головка блока имеет большую теплопроводность, чем чугунная. Поэтому она предохраняет двигатель от перегрева и позволяет увеличить мощность двигателей внутреннего сгорания.

б) Вода - плохой проводник теплоты. В верхнем бачке вода, охлаждающая двигатель, может кипеть, а в нижнем превратиться в лёд.

Работа и теплота

Работа совершаемая поршнем во время рабочего такта двигателя

Количество переданной теплоты

Количество теплоты выделяющееся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, частично передаётся различным деталям, охлаждающей воде и окружающей среде

Эквивалентность между количеством теплоты и работой

Количество теплоты выделяющееся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, частично идёт на совершение работы. Кпд двигателя внутреннего сгорания.

Теплоёмкость

Применение воды в качестве охлаждающей жидкости в двигателе. Вода имеет большую теплоёмкость.

Внутренняя энергия и её преобразование

Внутренняя энергия, увеличивающаяся при сгорании топлива в цилиндре двигателя. Она преобразуется в механическую энергию движущегося поршня

Переход механической энергии во внутреннюю

При недостаточной смазке или отсутствие её трение в подшипниках резко увеличивается. На его преодоление затрачивается больше механической энергии. Совершаемая работа по преодолению трения приводит к увеличению внутренней энергии трущихся деталей. Это выражается в увеличении температуры, которая может достигнуть точки плавления вкладышей подшипников скольжения.

Второй закон термодинамики

Нагревание окружающей среды (холодильника) при совершении работы двигателя за счёт теплоты от сгорания топлива.

Тепловой двигатель. Кпд теплового двигателя.

Карбюраторные (бензиновые) и типа дизель двигатели

Нагреватель и холодильник

Цилиндр двигателя и атмосферный воздух

Невозможность создания вечного двигателя

Кпд идеального теплового двигателя меньше 1, а реального ещё меньше

Идеальный газ

Упрощённая модель реального газа. В некоторых случаях приближённо может отражать механические и тепловые свойства паров топлива и газов, получающихся при сгорании горючей смеси

Сущность понятия «температура»

Мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул газа в цилиндре

Процессы происходящие в двигателе, подчиняются первому закону термодинамики.

В ходе объяснения материала необходимо учитывать, что понятие «тепловая энергия» не имеет чёткого физического смысла и поэтому оно в современной физике и особенно в термодинамике не применяется. Поэтому при изложении материала о тепловых машинах следует пользоваться известными учащимся понятиями «внутренняя энергия» и «количество теплоты». Под количеством теплоты понимается мера энергии, переданная от одного тела к другому путём теплообмена.

Как было сказано ранее, работа представляет собой процесс, связанный с переходом энергии из одного вида в другой (в макротелах). Подобно этому имеется понятие теплоты как процесса, связанного с теплообменом, а следовательно, происходящего при изменении внутренней энергии или переходе её в механическую. Чтобы измерить величину превращённой энергии при теплообмене, введено понятие «количество теплоты». Таким образом, количество работы и количество теплоты являются мерой превращённой энергии, а работа и теплота - это процессы, связанные с превращением энергии. Исходя из вышесказанного, следует говорить, что в автотракторном двигателе происходит переход внутренней энергии топлива в механическую энергию, при этом совершается работа.