Giải bài tập Vật lý 8 Bài 28: Động cơ nhiệt
ĐÙNG CO NHIỆT A. KIẾN THỨC TRỌNG TẶM Động cơ nhiệt : Động cơ nhiệt là động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy được chuyển hoá thành cơ năng. A Hiệu suất của động cơ nhiệt ://=—. ô Lưu ý : - Ta đã biết, nhờ truyền nhiệt mà nhiệt được truyền từ vật nóng sang vật lạnh hơn cho tới khi nhiệt độ hai vật bằng nhau. Tuy nhiên, quá trình truyền nhiệt tự nó không sinh công vì ở đây không có sự dịch chuyển nào của vật. Muốn thực hiện được công cần có vật thứ ba. Vật này nhận nhiệt từ vật nóng truyền cho vật lạnh hơn, và trong khi tiến hành cấc quá trình truyền trên nó sinh công. Vật trung gian này được gọi là tác nhân. Chính vì vậy mà mỗi động cơ nhiệt đều có ba bộ phận cấu thành cơ bản sau đây : + Nguồn nóng, cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tác nhân nóng lên. + Bộ phận phát động, trong đó tác nhân dãn nở sinh công. + Nguồn lạnh, nhận nhiệt lượng của tác nhân để tác nhân nguội đi, trở lại trạng thái ban đầu. Trong các máy hơi nước thì nguồn nóng là nồi súp de, bộ phận phát động là xilanh và pit-tông, nguồn lạnh là bình ngưng hơi. Trong động cơ đốt trong, nguồn nóng là hỗn hợp nhiên liệu được đốt cháy trong xilanh, bộ phận phát động là xilanh và pit-tông, trong đó các khí do nhiên liệu bị đốt cháy sinh ra dãn nở, thực hiện công, nguồn lạnh là khí quyển. - Động cơ nhiệt bao giờ cũng hoạt động một cách tuần hoàn, do đó tác nhân phải lặp đi lặp lại .một chu trình xác định. Chu trình trong động cơ nhiệt là chu trình trong đó tác nhân nhận "nhiệt" và sinh "công". Một động cơ nhiệt hoạt động càng có hiệu quả bao nhiêu nếu nó biến đổi được càng nhiều nhiệt mà tác nhân nhận được từ nguồn nóng thành công cơ học. Vì vậy hiệu suất của động cơ nhiệt được định nghĩa theo công thức : H = — = Q' Q2 Q, Q. Trong đó, A là công mà tác nhân sinh ra sau mỗi chu trình, Q) là nhiệt lượng mà tác nhân nhận được từ nguồn nóng, Q2 là nhiệt lượng mà tác nhân truyền cho nguồn lạnh. t Các động cơ nhiệt thường gặp có thể phân làm hai loại : Động cơ đốt ngoài Động cơ đốt trong Máy hơi nước Tuabin hơi nước —► Động cơ nổ bốn kì —► Động cơ điêzen —► Động cơ phản lực Hình 28.1 B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRONG SGK VÀ SBT Cl. Ở động cơ nổ bốn kì cũng như ở bất kì động cơ nhiệt nào không phải toàn bộ nhiệt lượng của nhiên liệu bị đốt cháy được biến thành công có ích. Vì một phần nhiệt lượng này được truyền cho các bộ phận của động cơ nhiệt làm các bộ phận này nóng lên, một phần nữa theo các khí thải thoát ra ngoài khí quyển làm cho khí quyển nóng lên. C2. Hiệu suất của động cơ nhiệt được xác định bằng tỉ số giữa phần nhiệt lượng chuyển hoá thành công cơ học và nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy toả ra. Người 1 A là công mà động cơ thực hiện được. Công này có độ lớn bằng phần nhiệt lượng chuyển hoá thành công. Đơn vị là Jun. Q là nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy toả ra. Đơn vị là Jun. C3. Các máy cơ đơn giản được học ở lớp 6 không phải là động cơ nhiệt. Vì trong đó không có sự biến đổi từ năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy thành cơ nãng. C4. Tuỳ theo HS, có thể gợi ý một số ví dụ sau : Động cơ xe mô tô, động cơ máy phát điện, động cơ máy tàu,... C5. Gây ra tiếng ồn ; các khí do nhiên liệu bị đốt cháy thải ra có nhiều khí độc ; nhiệt lượng do động cơ thải ra khí quyển góp phần làm tăng nhiệt độ của khí quyển v.v... C6. Công ôtô thực hiện được là : A = F.S = 700.100 000 = 70 000 000 J Nhiệt lượng do xăng toả ra khi bị đốt cháy hoàn toàn : Q = q.m = 46.106.4 = 184 000 000 J Hiệu suất của động cơ : H=A= 70000000 =38% Q 184000000 28.1. c. 28.2. D. Công ôtô thực hiện được là : A = F.S = 700.100 000 = 70 000 000 J Khối lượng xãng tiêu thụ là : m = 0,006.700 = 4,2 kg (với V = 6 / = 0,005 m3) Nhiệt lượng do xăng toả ra khi bị đốt cháy hoàn toàn là : Q = q.m = 4,6.107.4,2 « 193 200 000 J Hiệu suất của động cơ ôtô là : A _ 70000000 Q 193200000 Công của máy bơm đưa nước lên cao là : A = p.h = lOm.h = 700 000.10.8 = 56.106 J (với m = 700.1 000 = 700 000 kg) Nhiệt lượng do dầu toả ra khi bị đốt cháy hoàn toàn là : Q = q.m = 4,6.107.8 = 36,8.107 = 368.106 J Hiệu suất của máy bơm là : TT A 56.106 H = — = - £ = 15%. Q 368.106 110 O'; ‘O -f ■ Khối lượng xăng đã dùng : m = D.v. Nhiệt lượng do xăng toả ra khi bị đốt cháy hoàn toàn là : Q - q.m = q.D.V = 4,6.107.700.0,002 = 6,44.107 J Công mà động cơ xe máy thực hiện được là :. A = Q.H = 6,44.107.0,25 = 1,61.107 J = 16,1.106 J Từ công thức 3® = —, ta có ’ t = ~- = 10 062,5 s t 3® 1600 Quãng đường xe đi được là : s = v.t = ^^.10062,5 = 100 625m « 101 km 3600 Nhiệt lượng do xăng toả ra khi bị đốt cháy hoàn toàn là : Q = q.m = 4,6.107.l 000 = 4 600.107 J Công mà động cơ máy bay thực hiện được là : A = Q.H = 4 600.107.0,30 = 1 380.107 J Thời gian bay : A 1380.107 t = —7 = —7— = 6 900 s = 1 giờ 55 phút 3® 2.106 V = 72 km/h = 20 m/s ; s = 200 km = 2.105 m. = 20 kW = 2.104 w ; V = 20/= 0,02 m3. Nhiệt lượng do xăng toả ra khi bị đốt cháy hoàn toàn là : Q = m.q = D.v.q = 0,7.103.0,02.46.106 = 644.106 J Công của động cơ ôtô thực hiện được là : A = ẩ®.t=,9®.- = 2.104.^^ = 2.108 J V 20 Hiệu suất của động cơ ôtô là : TT A 2.108 H = — = —= 31%. Q 644.106 28.8. c. 28.9. D. 28.10*. A. a) Khối lượng nước được đưa lên độ cao h là : m = D.v. Công thực hiện để đưa nước lên cao là : A = p.h = 10m.h= 10D.V.h= 10.1 000.720.9 = 64 800 000 J Công suất có ích của máy : ™ A 64800000 = = 3600W = 3,6kW t 5.3600 b) Nhiệt lượng do. than toả ra khi bị đốt cháy hoàn toàn là : A = 64 800000 = 648OŨŨOOOJ H 0,1 Cân bằng nhiệt Cơ năng Thực hiện công Nhiệt dung riêng Lượng than tiêu thụ là : Q 648.106 m = — = ' q 27.106 Các từ hàng ngang : Bức xạ nhiệt Dẫn nhiệt Đối lưu Nhiệt lượng Năng suất toả nhiệt Từ hàng dọc : NHIỆT NĂNG. c. BÀI TẬP BỔ SUNG 28a. Một ôtô chạy được quãng đường 100 km với lực kéo không đổi là 700 N thì tiêu thụ hết 5 ì xăng. Tính hiệu suất của động cơ ôtô biết năng suất toả nhiệt của xăng là 4,6.107 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3. 28b. Nếu dùng 4 / xăng, một xe máy có công suất 1,6 kw chuyển động với vận tốc 10 m/s sẽ đi được bao nhiêu mét ? Biết hiệu suất của động cơ là 30%, năng suất toả nhiệt của xăng là 4,6.107 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3.