SGK Vật Lí 8 - Bài 28. Động cơ nhiệt
Bài 28 ĐỘNG Cơ NHIỆT Kể từ chiếc máy hơi nước đâu tiên được chế tạo vào cuối thế ki XVII, vừa cồng kểnh vừa chỉ sù dụng được không quá 5% năng lượng của nhiên liệu được đốt cháy, đến nay con người đã cố những bước tiến khổng lồ trong lĩnh vục chế tạo động co nhiệt. Ngày nay, con người sủ dựng từ những động co nhiệt bé nhỏ dừng đề chạy xe gán máy đến những động co nhiệt khổng lổ dùng để phóng những con tàu vũ trụ. ■ I - ĐỘNG Cơ NHIỆT LÀ Gì ? Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phân năng lượng cúa nhiên liệu bị đốt cháy được chuyến hoá thành cơ năng. Các động cơ nhiệt đầu tiên là các máy hơi nước (H.28.1). Chúng có đặc điếm chung là nhiên liệu (củi, than, dầu...) được đốt cháy ớ bên ngoài xilanh cúa động cơ. Hàng trăm năm sau khi máy hơi nước ra đời mới xuẵt hiện động cơ đốt trong, là động co nhiệt mà nhiên liệu được đốt cháy ngay ớ bên trong xilanh. Động cơ nhiệt là động cơ được sú dụng rộng rãi nhãt hiện nay, bao gổm từ những động cơ chạy bàng xăng hoặc dâu ma dút cúa xe máy, ôtô (H.28.2), máy bay, tàu hoà, tàu thuỷ... đến các động cơ chạy bàng các nhiên liệu đặc biệt cùa tên lửa, con tàu vũ trụ (H.28.3), động cơ chạy bàng năng lượng nguyên tử cùa tàu ngầm, tàu phá băng, nhà máy điện nguyên tử... ■ n - ĐỘNG cơ NỐ BỐN Jà Động cơ nổ bốn kì là động cơ nhiệt thường gặp nhất hiện nay. Cáu tạo Động cơ gồm xỉlanh, trong có pit-tông (3) chuyến động lên xuống được. Pỉt-tông được nối với trục bằng biên (4) và tay quay (5). Trên trục quay có gán vô lăng (6). Phía trên xílanh có hai van (xupap) (1) và (2) có thế tự động đóng, mỏ khi pit-tông chuyến động, ờ trên xilanh có bugỉ (7) dùng đế bật tia lửa điện, đốt cháy nhiên liệu ttong xilanh (H.28.4). Hình 28.4 Chuyền vận Kì thứ nhất: Hút nhiên liệu. Pit-tông chuyến động xuống dưới. Van (1) mớ, van (2) đóng, hỗn họp nhiên liệu được hút vào xilanh. Cuối kì này xỉlanh đã chứa đầy hỗn hợp nhiên liệu và van (1) đóng lại (H.28.5a). Hình 28.5 Kì thứ hai : Nén nhiên liệu. Pit-tông chuyến động lên phía trên nén hỗn hợp nhiên liệu trong xílanh (H.28.5b). Kì thú ba : Đốt nhiên liệu. Khi pit-tông lên đến tận cùng thì bugi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, kèm theo tiếng nổ và toả nhiệt. Các chất khí mới tạo thành dãn nở, sinh công đáy pit-tông xuống dưới. Cuối kì này van (2) mở ra (H.28.5c). Kì thú tư : Thoát khí. Pỉt-tông chuyến động lên phía trên, dồn hết khí trong xỉlanh ra ngoài qua van (2) (H.28.5d). Sau đó các kì cùa động cơ lại được lặp lại. Trong bốn kì, chi có kì thứ ba là kì động co sinh công. Ớ các kì khác, động cơ chuyến động nhờ đà cùa vô lăng. ■ m - HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG cơ NHIỆT S3 Ỏ động co nó bốn kì cũng như ở bãt kì động cơ nhiệt nào có phải toàn bộ nhiệt lượng cúa nhiên liệu bị đốt cháy toả ra được biến thành công có ích không ? Tại sao ? Sỉ Trong thực tế chi có khoảng từ 30% đến 40% nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy toả ra được biến thành công có ích. Người ta nói các động cơ nhiệt có hiệu suất vào khoảng từ 30% đến 40% và đưa ra công thức tính hiệu suất A Hãy phát biếu định nghĩa hiệu suãt của động cơ nhiệt và nêu tên, đơn vị cùa các đại lượng có mặt trong biếu thức trên. ▼ IV - VẬN DỤNG S3 Các máy cơ đơn giàn học ở lớp 6 có phải là động cơ nhiệt không ? Tại sao ? S3 Hãy kể tên các dụng cụ có sử dụng động cơ nổ bốn kì mà em biết. SI Theo em thì động cơ nhiệt có thế gây ra những tác hại nào đối với môi trường sống cùa chúng ta ? S3 Một ôtô chạy được quãng đường 100km với lục kéo trung bình là 700N, tiêu thụ hết 5 lít xăng (khoảng 4kg). Tính hiệu suất cúa động cơ ôtô. + Động cơ nhiệt là động cơ trong đó một phần năng luợng của nhiên liệu bị đốt cháy đuọc chuyển hoá thành cơ năng. A « Hiệu suất của động cơ nhiệt: H = —— • Q ■ _ Có thế em chưa biết Năm 1698, một thợ cơ khí người Anh là Tô-mát Sa-vơ-ry đã chế tạo thành công chiếc máy hơi nước đầu tiên hết sức cồng kềnh, dùng để bơm nước từ dưới hầm mỏ lên. Mãi gần một trăm năm sau, Jêm Oát một kĩ sư người Anh, mới chế tạo được những máy hơi nước gọn nhẹ và dễ sử dụng. Từ đó, máy hơi nước được sử dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất. Năm 1766, máy hơi nước lần đầu tiên được sử dụng trong tàu thuỷ, năm 1769 trong ôtô và hơn ba mươi năm sau mới bắt đầu được sử dụng để chạy tàu hoả... Động cơ đốt trong ra đời vào cuối thế kỉ XIX. Năm 1867, động cơ nổ bốn kì đầu tiên do Ni-cô-lai Ôt-tô chế tạo được đưa ra thử nghiệm và ba mươi năm sau thì đến lượt động cơ điêzen. Đầu thế kỉ XX, người ta chế tạo thành công các động cơ đốt trong có công suất và hiệu suất cao hơn rất nhiều các động cơ nổ bốn kì cũng như các động cơ điêzen. Đó là các tuabin hơi và động cơ phản lực. ỊSH Hình 28.6 Động co nhiệt của thế kỉ XIX. Hình 28.7 Động co nhiệt của the ki XX. Các động cơ nhiệt đều có một nhược điểm chung là xả vào môi trường sống của chúng ta các khí độc sinh ra từ việc đốt cháy nhiên liệu. Người ta đang tìm cách thay thế động cơ nhiệt bằng những động cơ không làm hoặc ít làm ô nhiễm