Òåðìîäèíàìèêà. Äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ
Òåðìîäèíàìèêà êàê ðàçäåë ôèçèêè, èçó÷àþùèé ñîîòíîøåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ òåïëîòû è äðóãèõ ôîðì ýíåðãèè. Îïèñàíèå îñíîâíûõ çàêîíîâ òåðìîäèíàìèêè è âûâîäîâ èç íèõ. Ïîíÿòèå è ïðèíöèï äåéñòâèÿ äâèãàòåëÿ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, åãî ðàçíîâèäíîñòè è ïðèìåíåíèå.
Ðóáðèêà | Ôèçèêà è ýíåðãåòèêà |
Âèä | êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà |
ßçûê | ðóññêèé |
Äàòà äîáàâëåíèÿ | 27.02.2012 |
Ðàçìåð ôàéëà | 22,4 K |
Îòïðàâèòü ñâîþ õîðîøóþ ðàáîòó â áàçó çíàíèé ïðîñòî. Èñïîëüçóéòå ôîðìó, ðàñïîëîæåííóþ íèæå
Ñòóäåíòû, àñïèðàíòû, ìîëîäûå ó÷åíûå, èñïîëüçóþùèå áàçó çíàíèé â ñâîåé ó÷åáå è ðàáîòå, áóäóò âàì î÷åíü áëàãîäàðíû.
Ðàçìåùåíî íà http://www.allbest.ru/
Ðàçìåùåíî íà http://www.allbest.ru/
Öåëè è çàäà÷è
Öåëü íàøåãî ïðîåêòà - èçó÷èòü çàêîíû òåðìîäèíàìèêè è ïðèíöèï ðàáîòû äâèãàòåëÿ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ.
Çàäà÷è íàøåãî ïðîåêòà:
1. Èçó÷èòü çàêîíû òåðìîäèíàìèêè
2. Âûÿñíèòü îñíîâíûå òèïû äâèãàòåëåé âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ
3. Óçíàòü ìåõàíèçì ðàáîòû äâèãàòåëÿ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ
Ââåäåíèå
Ìû âûáðàëè ýòó òåìó, ïîòîìó ÷òî àâòîìîáèëåñòðîåíèå - ýòî âåäóùàÿ îòðàñëü íàøåãî ãîðîäà è äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðîôåññèè «àâòîìåõàíèê» íåîáõîäèìî ÷¸òêîå ïðåäñòàâëåíèå ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â äâèãàòåëÿõ, èíñòðóìåíòîì òåñòèðîâàíèå àâòîìîáèëÿ. À òàêæå ýòî íàïðàâëåíèÿ íîâåéøèõ èññëåäîâàíèé, êîòîðûå áóäóò ïðîâîäèòñÿ â ÒÃÓ.
Ïîýòîìó ìû âûáðàëè ýòó òåìó è ïðèìåíåíèÿ íà íåé ýëåêòðîííîé ïðåçåíòàöèè.
Íàóêà çàðîäèëàñü î÷åíü äàâíî, íà Äðåâíåì Âîñòîêå, è çàòåì èíòåíñèâíî ðàçâèâàëàñü â Åâðîïå.  íàó÷íûõ òðàäèöèÿõ äîëãîå âðåìÿ îñòàâàëñÿ íåäîñòàòî÷íî èçó÷åííûì âîïðîñ î âçàèìîîòíîøåíèÿõ öåëîãî è ÷àñòè. Êàê ñòàëî ÿñíî â ñåðåäèíå 20 âåêà ÷àñòü ìîæåò ïðåîáðàçîâàòü öåëîå ðàäèêàëüíûì è íåîæèäàííûì îáðàçîì.
Òåðìîäèíàìèêà
Òåðìîäèíàìèêà (ãðå÷. èÝñìç - «òåïëî», äýíáìéò - «ñèëà») - ðàçäåë ôèçèêè, èçó÷àþùèé ñîîòíîøåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ òåïëîòû è äðóãèõ ôîðì ýíåðãèè.  îòäåëüíûå äèñöèïëèíû âûäåëèëèñü õèìè÷åñêàÿ òåðìîäèíàìèêà, èçó÷àþùàÿ ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ âûäåëåíèåì èëè ïîãëîùåíèåì òåïëà, à òàêæå òåïëîòåõíèêà.
 òåðìîäèíàìèêå èìåþò äåëî íå ñ îòäåëüíûìè ìîëåêóëàìè, à ñ ìàêðîñêîïè÷åñêèìè òåëàìè, ñîñòîÿùèìè èç îãðîìíîãî ÷èñëà ÷àñòèö. Ýòè òåëà íàçûâàþòñÿ òåðìîäèíàìè÷åñêèìè ñèñòåìàìè.  òåðìîäèíàìèêå òåïëîâûå ÿâëåíèÿ îïèñûâàþòñÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèìè âåëè÷èíàìè - äàâëåíèå, òåìïåðàòóðà, îáú¸ì, …, êîòîðûå íå ïðèìåíèìû ê îòäåëüíûì ìîëåêóëàì è àòîìàì.
 òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêå íàðÿäó ñ ôåíîìåíîëîãè÷åñêîé òåðìîäèíàìèêîé, èçó÷àþùåé ôåíîìåíîëîãèþ òåïëîâûõ ïðîöåññîâ, âûäåëÿþò òåðìîäèíàìèêó ñòàòèñòè÷åñêóþ, êîòîðàÿ áûëà ñîçäàíà äëÿ ìåõàíè÷åñêîãî îáîñíîâàíèÿ òåðìîäèíàìèêè è áûëà îäíèì èç ïåðâûõ ðàçäåëîâ ñòàòèñòè÷åñêîé ôèçèêè.
Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè
Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè - ôèçè÷åñêèé çàêîí, ñîãëàñíî êîòîðîìó êîëè÷åñòâî òåïëîòû, êîòîðîå ïîëó÷åíî òåëîì èëè ñèñòåìîé, ðàñõîäóåòñÿ
- íà èçìåíåíèå âíóòðåííåé ýíåðãèè;
- íà ðàáîòó òåëà èëè ñèñòåìû ïðîòèâ âíåøíèõ ñèë.
Íà ðèñóíêå óñëîâíî èçîáðàæåíû ýíåðãåòè÷åñêèå ïîòîêè ìåæäó âûäåëåííîé òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñèñòåìîé è îêðóæàþùèìè òåëàìè. Âåëè÷èíà Q > 0, åñëè òåïëîâîé ïîòîê íàïðàâëåí â ñòîðîíó òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñèñòåìû. Âåëè÷èíà A > 0, åñëè ñèñòåìà ñîâåðøàåò ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó íàä îêðóæàþùèìè òåëàìè.
Îáìåí ýíåðãèåé ìåæäó òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñèñòåìîé è îêðóæàþùèìè òåëàìè â ðåçóëüòàòå òåïëîîáìåíà è ñîâåðøàåìîé ðàáîòû.
Åñëè ñèñòåìà îáìåíèâàåòñÿ òåïëîì ñ îêðóæàþùèìè òåëàìè è ñîâåðøàåò ðàáîòó (ïîëîæèòåëüíóþ èëè îòðèöàòåëüíóþ), òî èçìåíÿåòñÿ ñîñòîÿíèå ñèñòåìû, òî åñòü èçìåíÿþòñÿ åå ìàêðîñêîïè÷åñêèå ïàðàìåòðû (òåìïåðàòóðà, äàâëåíèå, îáúåì). Òàê êàê âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ U îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿåòñÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè, õàðàêòåðèçóþùèìè ñîñòîÿíèå ñèñòåìû, òî îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ïðîöåññû òåïëîîáìåíà è ñîâåðøåíèÿ ðàáîòû ñîïðîâîæäàþòñÿ èçìåíåíèåì ÄU âíóòðåííåé ýíåðãèè ñèñòåìû.
Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì çàêîíà ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè äëÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñèñòåìû. Îí ôîðìóëèðóåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: Èçìåíåíèå ÄU âíóòðåííåé ýíåðãèè íåèçîëèðîâàííîé òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñèñòåìû ðàâíî ðàçíîñòè ìåæäó êîëè÷åñòâîì òåïëîòû Q, ïåðåäàííîé ñèñòåìå, è ðàáîòîé A, ñîâåðøåííîé ñèñòåìîé íàä âíåøíèìè òåëàìè.ÄU = Q - A.
Ñîîòíîøåíèå, âûðàæàþùåå ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè, ÷àñòî çàïèñûâàþò â äðóãîé ôîðìå: Q = ÄU + A.
Êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ïîëó÷åííîå ñèñòåìîé, èäåò íà èçìåíåíèå åå âíóòðåííåé ýíåðãèè è ñîâåðøåíèå ðàáîòû íàä âíåøíèìè òåëàìè. Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì îïûòíûõ ôàêòîâ. Ñîãëàñíî ýòîìó çàêîíó, ýíåðãèÿ íå ìîæåò áûòü ñîçäàíà èëè óíè÷òîæåíà; îíà ïåðåäàåòñÿ îò îäíîé ñèñòåìû ê äðóãîé è ïðåâðàùàåòñÿ èç îäíîé ôîðìû â äðóãóþ. Âàæíûì ñëåäñòâèåì ïåðâîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè ÿâëÿåòñÿ óòâåðæäåíèå î íåâîçìîæíîñòè ñîçäàíèÿ ìàøèíû, ñïîñîáíîé ñîâåðøàòü ïîëåçíóþ ðàáîòó áåç ïîòðåáëåíèÿ ýíåðãèè èçâíå è áåç êàêèõ-ëèáî èçìåíåíèé âíóòðè ñàìîé ìàøèíû. Òàêàÿ ãèïîòåòè÷åñêàÿ ìàøèíà ïîëó÷èëà íàçâàíèå âå÷íîãî äâèãàòåëÿ (perpetuum mobile) ïåðâîãî ðîäà. Ìíîãî÷èñëåííûå ïîïûòêè ñîçäàòü òàêóþ ìàøèíó íåèçìåííî çàêàí÷èâàëèñü ïðîâàëîì. Ëþáàÿ ìàøèíà ìîæåò ñîâåðøàòü ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó A íàä âíåøíèìè òåëàìè òîëüêî çà ñ÷åò ïîëó÷åíèÿ íåêîòîðîãî êîëè÷åñòâà òåïëîòû Q îò îêðóæàþùèõ òåë èëè óìåíüøåíèÿ ÄU ñâîåé âíóòðåííåé ýíåðãèè. Ïðèìåíèì ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè ê èçîïðîöåññàì â ãàçàõ.
 èçîõîðíîì ïðîöåññå (V = const) ãàç ðàáîòû íå ñîâåðøàåò, A = 0. Ñëåäîâàòåëüíî, Q = ÄU = U(T2) - U(T1).
Çäåñü U(T1) è U(T2) - âíóòðåííèå ýíåðãèè ãàçà â íà÷àëüíîì è êîíå÷íîì ñîñòîÿíèÿõ. Âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ èäåàëüíîãî ãàçà çàâèñèò òîëüêî îò òåìïåðàòóðû (çàêîí Äæîóëÿ). Ïðè èçîõîðíîì íàãðåâàíèè òåïëî ïîãëîùàåòñÿ ãàçîì (Q > 0), è åãî âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ. Ïðè îõëàæäåíèè òåïëî îòäàåòñÿ âíåøíèì òåëàì (Q < 0).
 èçîáàðíîì ïðîöåññå (p = const) ðàáîòà, ñîâåðøàåìàÿ ãàçîì, âûðàæàåòñÿ ñîîòíîøåíèåì A = p (V2 - V1) = pÄV.
Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè äëÿ èçîáàðíîãî ïðîöåññà äàåò: Q = U(T2) - U(T1) + p (V2 - V1) = ÄU + pÄV.
Ïðè èçîáàðíîì ðàñøèðåíèè Q > 0 - òåïëî ïîãëîùàåòñÿ ãàçîì, è ãàç ñîâåðøàåò ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó. Ïðè èçîáàðíîì ñæàòèè Q < 0 - òåïëî îòäàåòñÿ âíåøíèì òåëàì.  ýòîì ñëó÷àå A < 0. Òåìïåðàòóðà ãàçà ïðè èçîáàðíîì ñæàòèè óìåíüøàåòñÿ, T2 < T1; âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ óáûâàåò, ÄU < 0.
 èçîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå òåìïåðàòóðà ãàçà íå èçìåíÿåòñÿ, ñëåäîâàòåëüíî, íå èçìåíÿåòñÿ è âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ãàçà, ÄU = 0. Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè äëÿ èçîòåðìè÷åñêîãî ïðîöåññà âûðàæàåòñÿ ñîîòíîøåíèåì Q = A.
Êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q, ïîëó÷åííîé ãàçîì â ïðîöåññå èçîòåðìè÷åñêîãî ðàñøèðåíèÿ, ïðåâðàùàåòñÿ â ðàáîòó íàä âíåøíèìè òåëàìè. Ïðè èçîòåðìè÷åñêîì ñæàòèè ðàáîòà âíåøíèõ ñèë, ïðîèçâåäåííàÿ íàä ãàçîì, ïðåâðàùàåòñÿ â òåïëî, êîòîðîå ïåðåäàåòñÿ îêðóæàþùèì òåëàì. Íàðÿäó ñ èçîõîðíûì, èçîáàðíûì è èçîòåðìè÷åñêèì ïðîöåññàìè â òåðìîäèíàìèêå ÷àñòî ðàññìàòðèâàþòñÿ ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå â îòñóòñòâèå òåïëîîáìåíà ñ îêðóæàþùèìè òåëàìè. Ñîñóäû ñ òåïëîíåïðîíèöàåìûìè ñòåíêàìè íàçûâàþòñÿ àäèàáàòè÷åñêèìè îáîëî÷êàìè, à ïðîöåññû ðàñøèðåíèÿ èëè ñæàòèÿ ãàçà â òàêèõ ñîñóäàõ íàçûâàþòñÿ àäèàáàòè÷åñêèìè.  àäèàáàòè÷åñêîì ïðîöåññå Q = 0; ïîýòîìó ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè ïðèíèìàåò âèäA = -ÄU,
òî åñòü ãàç ñîâåðøàåò ðàáîòó çà ñ÷åò óáûëè åãî âíóòðåííåé ýíåðãèè. Íà ïëîñêîñòè (p, V) ïðîöåññ àäèàáàòè÷åñêîãî ðàñøèðåíèÿ (èëè ñæàòèÿ) ãàçà èçîáðàæàåòñÿ êðèâîé, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ àäèàáàòîé. Ïðè àäèàáàòè÷åñêîì ðàñøèðåíèè ãàç ñîâåðøàåò ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó (A > 0); ïîýòîìó åãî âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ óìåíüøàåòñÿ (ÄU < 0). Ýòî ïðèâîäèò ê ïîíèæåíèþ òåìïåðàòóðû ãàçà. Âñëåäñòâèå ýòîãî äàâëåíèå ãàçà ïðè àäèàáàòè÷åñêîì ðàñøèðåíèè óáûâàåò áûñòðåå, ÷åì ïðè èçîòåðìè÷åñêîì ðàñøèðåíèè.
Ñåìåéñòâà èçîòåðì (êðàñíûå êðèâûå) è àäèàáàò (ñèíèå êðèâûå) èäåàëüíîãî ãàçà.
 òåðìîäèíàìèêå âûâîäèòñÿ óðàâíåíèå àäèàáàòè÷åñêîãî ïðîöåññà äëÿ èäåàëüíîãî ãàçà.
 êîîðäèíàòàõ (p, V) ýòî óðàâíåíèå èìååò âèä pVã = const.
Ýòî ñîîòíîøåíèå íàçûâàþò óðàâíåíèåì Ïóàññîíà. Çäåñü ã = Cp / CV - ïîêàçàòåëü àäèàáàòû, Cp è CV - òåïëîåìêîñòè ãàçà â ïðîöåññàõ ñ ïîñòîÿííûì äàâëåíèåì è ñ ïîñòîÿííûì îáúåìîì. Äëÿ îäíîàòîìíîãî ãàçà äëÿ äâóõàòîìíîãî äëÿ ìíîãîàòîìíîãî Ðàáîòà ãàçà â àäèàáàòè÷åñêîì ïðîöåññå ïðîñòî âûðàæàåòñÿ ÷åðåç òåìïåðàòóðû T1 è T2 íà÷àëüíîãî è êîíå÷íîãî ñîñòîÿíèé: A = CV (T2 - T1).
Àäèàáàòè÷åñêèé ïðîöåññ òàêæå ìîæíî îòíåñòè ê èçîïðîöåññàì.  òåðìîäèíàìèêå âàæíóþ ðîëü èãðàåò ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ ýíòðîïèåé. Èçìåíåíèå ýíòðîïèè â êàêîì-ëèáî êâàçèñòàòè÷åñêîì ïðîöåññå ðàâíî ïðèâåäåííîìó òåïëó ÄQ / T, ïîëó÷åííîìó ñèñòåìîé. Ïîñêîëüêó íà ëþáîì ó÷àñòêå àäèàáàòè÷åñêîãî ïðîöåññà ÄQ = 0, ýíòðîïèÿ â ýòîì ïðîöåññå îñòàåòñÿ íåèçìåííîé. Àäèàáàòè÷åñêèé ïðîöåññ (òàê æå, êàê è äðóãèå èçîïðîöåññû) ÿâëÿåòñÿ ïðîöåññîì êâàçèñòàòè÷åñêèì. Âñå ïðîìåæóòî÷íûå ñîñòîÿíèÿ ãàçà â ýòîì ïðîöåññå áëèçêè ê ñîñòîÿíèÿì òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ. Ëþáàÿ òî÷êà íà àäèàáàòå îïèñûâàåò ðàâíîâåñíîå ñîñòîÿíèå. Íå âñÿêèé ïðîöåññ, ïðîâåäåííûé â àäèàáàòè÷åñêîé îáîëî÷êå, òî åñòü áåç òåïëîîáìåíà ñ îêðóæàþùèìè òåëàìè, óäîâëåòâîðÿåò ýòîìó óñëîâèþ.
Ïðèìåðîì íåêâàçèñòàòè÷åñêîãî ïðîöåññà, â êîòîðîì ïðîìåæóòî÷íûå ñîñòîÿíèÿ íåðàâíîâåñíû, ìîæåò ñëóæèòü ðàñøèðåíèå ãàçà â ïóñòîòó. Íà ðèñóíêå èçîáðàæåíà æåñòêàÿ àäèàáàòè÷åñêàÿ îáîëî÷êà, ñîñòîÿùàÿ èç äâóõ ñîîáùàþùèõñÿ ñîñóäîâ, ðàçäåëåííûõ âåíòèëåì K.  ïåðâîíà÷àëüíîì ñîñòîÿíèè ãàç çàïîëíÿåò îäèí èç ñîñóäîâ, à â äðóãîì ñîñóäå - âàêóóì. Ïîñëå îòêðûòèÿ âåíòèëÿ ãàç ðàñøèðÿåòñÿ, çàïîëíÿåò îáà ñîñóäà, è óñòàíàâëèâàåòñÿ íîâîå ðàâíîâåñíîå ñîñòîÿíèå.  ýòîì ïðîöåññå Q = 0, ò.ê. íåò òåïëîîáìåíà ñ îêðóæàþùèìè òåëàìè, è A = 0, ò.ê. îáîëî÷êà íåäåôîðìèðóåìà. Èç ïåðâîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè ñëåäóåò: ÄU = 0, òî åñòü âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ãàçà îñòàëàñü íåèçìåííîé.
Òàê êàê âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ èäåàëüíîãî ãàçà çàâèñèò òîëüêî îò òåìïåðàòóðû, òåìïåðàòóðû ãàçà â íà÷àëüíîì è êîíå÷íîì ñîñòîÿíèÿõ îäèíàêîâû - òî÷êè íà ïëîñêîñòè (p, V), èçîáðàæàþùèå ýòè ñîñòîÿíèÿ, ëåæàò íà îäíîé èçîòåðìå. Âñå ïðîìåæóòî÷íûå ñîñòîÿíèÿ ãàçà íåðàâíîâåñíû, è èõ íåëüçÿ èçîáðàçèòü íà äèàãðàììå. Ðàñøèðåíèå ãàçà â ïóñòîòó - ïðèìåð íåîáðàòèìîãî ïðîöåññà. Åãî íåëüçÿ ïðîâåñòè â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè.
Âòîðîé çàêîí òåðìîäèíàìèêè
Âòîðîé Çàêîí Òåðìîäèíàìèêè, êàê è Ïåðâûé Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè óñòàíîâëåí ýìïèðè÷åñêèì ïóòåì. Âïåðâûå åãî ñôîðìóëèðîâàë Êëàóçèóñ, òåïëîòà ñàìà ñîáîé ïåðåõîäèò ëèøü îò òåëà ñ áîëüøåé òåìïåðàòóðîé ê òåëó ñ ìåíüøåé òåìïåðàòóðîé è íå ìîæåò ñàìîïðîèçâîëüíî ïåðåõîäèòü â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè.
Äðóãàÿ ôîðìóëèðîâêà âñå ñàìîïðîèçâîëüíûå ïðîöåññû â ïðèðîäå èäóò ñ óâåëè÷åíèåì ýíòðîïèè. Ýíòðîïèÿ ìåðà õàîòè÷íîñòè, íåóïîðÿäî÷åííîñòè ñèñòåìû.
Ðàññìîòðèì ñèñòåìó èç äâóõ êîíòàêòèðóþùèõ òåë ñ ðàçíûìè òåìïåðàòóðàìè. Òåïëî ïîéäåò îò òåëà ñ áîëüøåé òåìïåðàòóðîé ê òåëó ñ ìåíüøåé, äî òåõ ïîð, ïîêà òåìïåðàòóðû îáîèõ òåë íå âûðîâíÿþòñÿ. Ïðè ýòîì îò îäíîãî òåëà ê äðóãîìó áóäåò ïåðåäàíî îïðåäåëåííîå êîëè÷åñòâî òåïëà dQ. Íî ýíòðîïèÿ ïðè ýòîì ó ïåðâîãî òåëà óìåíüøèòñÿ íà ìåíüøóþ âåëè÷èíó, ÷åì îíà óâåëè÷èòñÿ ó âòîðîãî òåëà, êîòîðîå ïðèíèìàåò òåïëîòó, òàê êàê, ïîîïðåäåëåíèþ, dSdQT òåìïåðàòóðà â çíàìåíàòåëå!. Òî åñòü, â ðåçóëüòàòå ýòîãî ñàìîïðîèçâîëüíîãî ïðîöåññà ýíòðîïèÿ ñèñòåìû èç äâóõ òåë ñòàíåò áîëüøå ñóììû ýíòðîïèé ýòèõ òåë äî íà÷àëà ïðîöåññà. Èíà÷å ãîâîðÿ, ñàìîïðîèçâîëüíûé ïðîöåññ ïåðåäà÷è òåïëà îò òåëà ñ âûñîêîé Ò ê òåëó ñ áîëåå íèçêîé Ò ïðèâåë ê òîìó, ÷òî ýíòðîïèÿ ñèñòåìû èç ýòèõ äâóõ òåë óâåëè÷èëàñü!
Çàìåòèì, ÷òî, ðàññìàòðèâàÿ ýòó ñèñòåìó èç äâóõ òåë, ìû ïîäðàçóìåâàëè, ÷òî âíåøíåãî òåïëîïðèòîêà â íåå èëè òåïëîîòòîêà èç íåå íåò äëÿ ïðîñòîòû, ÷òîáû íå ïóäðèòü ñåáå ìîçãè òî åñòü, ñ÷èòàëè åå èçîëèðîâàííîé èëè çàìêíóòîé. Îòñþäà åùå îäíà ôîðìóëèðîâêà Âòîðîãî Çàêîíà Òåðìîäèíàìèêè Ïðè ïðîõîæäåíèè â èçîëèðîâàííîé ñèñòåìå ñàìîïðîèçâîëüíûõ ïðîöåññîâ ýíòðîïèÿ ñèñòåìû âîçðàñòàåò. Èëè Ýíòðîïèÿ èçîëèðîâàííîé ñèñòåìû ñòðåìèòñÿ ê ìàêñèìóìó òàê êàê ñàìîïðîèçâîëüíûå ïðîöåññû ïåðåäà÷è òåïëà âñåãäà áóäóò ïðîèñõîäèòü, ïîêà åñòü ïåðåïàäû òåìïåðàòóð.
À ÷òî áóäåò, åñëè íàøà ñèñòåìà èç äâóõ òåë áóäåò íåèçîëèðîâàíà íåçàìêíóòà è, äîïóñòèì, â íåå ïîñòóïàåò òåïëî? ßñíî, ÷òî åå ýíòðîïèÿ áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ åùå áîëüøå, òàê êàê ïðè ïîëó÷åíèè òåëîì òåïëà ýíòðîïèÿ åãî óâåëè÷èâàåòñÿ dSdQT.
Íî äëÿ ïðîñòîòû ôîðìóëèðîâêè ýòîò ìîìåíò îáû÷íî íå óïîìèíàþò è ïîýòîìó ôîðìóëèðóþò Âòîðîé Çàêîí òåðìîäèíàìèêè èìåííî äëÿ èçîëèðîâàííûõ ñèñòåì. Õîòÿ, êàê ìû âèäèì, îí äåéñòâóåò òî÷íî òàêæå è äëÿ îòêðûòûõ
Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì çàêîíà ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè äëÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñèñòåìû. Îí ôîðìóëèðóåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Èçìåíåíèå ÄU âíóòðåííåé ýíåðãèè íåèçîëèðîâàííîé òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñèñòåìû ðàâíî ðàçíîñòè ìåæäó êîëè÷åñòâîì òåïëîòû Q, ïåðåäàííîé ñèñòåìå, è ðàáîòîé A, ñîâåðøåííîé ñèñòåìîé íàä âíåøíèìè òåëàìè. ÄU = Q - A.
Ñîîòíîøåíèå, âûðàæàþùåå ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè, ÷àñòî çàïèñûâàþò â äðóãîé ôîðìå: Q = ÄU + A.
Êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ïîëó÷åííîå ñèñòåìîé, èäåò íà èçìåíåíèå åå âíóòðåííåé ýíåðãèè è ñîâåðøåíèå ðàáîòû íàä âíåøíèìè òåëàìè.
Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì îïûòíûõ ôàêòîâ. Ñîãëàñíî ýòîìó çàêîíó, ýíåðãèÿ íå ìîæåò áûòü ñîçäàíà èëè óíè÷òîæåíà; îíà ïåðåäàåòñÿ îò îäíîé ñèñòåìû ê äðóãîé è ïðåâðàùàåòñÿ èç îäíîé ôîðìû â äðóãóþ. Âàæíûì ñëåäñòâèåì ïåðâîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè ÿâëÿåòñÿ óòâåðæäåíèå î íåâîçìîæíîñòè ñîçäàíèÿ ìàøèíû, ñïîñîáíîé ñîâåðøàòü ïîëåçíóþ ðàáîòó áåç ïîòðåáëåíèÿ ýíåðãèè èçâíå è áåç êàêèõ-ëèáî èçìåíåíèé âíóòðè ñàìîé ìàøèíû. Òàêàÿ ãèïîòåòè÷åñêàÿ ìàøèíà ïîëó÷èëà íàçâàíèå âå÷íîãî äâèãàòåëÿ (perpetuum mobile) ïåðâîãî ðîäà. Ìíîãî÷èñëåííûå ïîïûòêè ñîçäàòü òàêóþ ìàøèíó íåèçìåííî çàêàí÷èâàëèñü ïðîâàëîì. Ëþáàÿ ìàøèíà ìîæåò ñîâåðøàòü ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó A íàä âíåøíèìè òåëàìè òîëüêî çà ñ÷åò ïîëó÷åíèÿ íåêîòîðîãî êîëè÷åñòâà òåïëîòû Q îò îêðóæàþùèõ òåë èëè óìåíüøåíèÿ ÄU ñâîåé âíóòðåííåé ýíåðãèè.
Òðåòèé çàêîí òåðìîäèíàìèêè
Òðåòèé çàêîí òåðìîäèíàìèêè (òåîðåìà Íåðíñòà) - ôèçè÷åñêèé ïðèíöèï, îïðåäåëÿþùèé ïîâåäåíèå ýíòðîïèè ïðè àáñîëþòíîì íóëå òåìïåðàòóðû. ßâëÿåòñÿ îäíèì èç ïîñòóëàòîâ òåðìîäèíàìèêè.
Òðåòüå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè ìîæåò áûòü ñôîðìóëèðîâàíî òàê:
«Ïðèðàùåíèå ýíòðîïèè ïðè àáñîëþòíîì íóëå òåìïåðàòóðû ñòðåìèòñÿ ê êîíå÷íîìó ïðåäåëó, íå çàâèñÿùåìó îò òîãî, â êàêîì ðàâíîâåñíîì ñîñòîÿíèè íàõîäèòñÿ ñèñòåìà».
Çàìåòèì, ÷òî òðåòüå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè îòíîñèòñÿ òîëüêî ê ðàâíîâåñíûì ñîñòîÿíèÿì.
Ïîñêîëüêó íà îñíîâå âòîðîãî íà÷àëà òåðìîäèíàìèêè ýíòðîïèþ ìîæíî îïðåäåëèòü òîëüêî ñ òî÷íîñòüþ äî ïðîèçâîëüíîé àääèòèâíîé ïîñòîÿííîé (òî åñòü, îïðåäåëÿåòñÿ íå ñàìà ýíòðîïèÿ, à òîëüêî å¸ èçìåíåíèå):
Òðåòüå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ òî÷íîãî îïðåäåëåíèÿ ýíòðîïèè. Ïðè ýòîì ýíòðîïèþ ðàâíîâåñíîé ñèñòåìû ïðè àáñîëþòíîì íóëå òåìïåðàòóðû ñ÷èòàþò ðàâíîé íóëþ.
Òðåòüå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè ïîçâîëÿåò íàõîäèòü àáñîëþòíîå çíà÷åíèå ýíòðîïèè, ÷òî íåëüçÿ ñäåëàòü â ðàìêàõ êëàññè÷åñêîé òåðìîäèíàìèêè (íà îñíîâå ïåðâîãî è âòîðîãî íà÷àë òåðìîäèíàìèêè).  êëàññè÷åñêîé òåðìîäèíàìèêå ýíòðîïèÿ ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà ëèøü ñ òî÷íîñòüþ äî ïðîèçâîëüíîé àääèòèâíîé ïîñòîÿííîé S0, ÷òî ïðàêòè÷åñêè íå ìåøàåò áîëüøèíñòâó òåðìîäèíàìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé, òàê êàê ðåàëüíî èçìåðÿåòñÿ ðàçíîñòü ýíòðîïèé (S0) â ðàçëè÷íûõ ñîñòîÿíèÿõ. Ñîãëàñíî òðåòüåìó íà÷àëó òåðìîäèíàìèêè, ïðè Ò > 0 çíà÷åíèå ÄS > 0.
 1911 ãîäó Ìàêñ Ïëàíê ñôîðìóëèðîâàë òðåòüå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè, êàê óñëîâèå îáðàùåíèÿ â íóëü ýíòðîïèè âñåõ òåë ïðè ñòðåìëåíèè òåìïåðàòóðû ê àáñîëþòíîìó íóëþ: Îòñþäà S0 = 0, ÷òî äà¸ò âîçìîæíîñòü îïðåäåëÿòü àáñîëþòíîå çíà÷åíèÿ ýíòðîïèè è äðóãèõ òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ïîòåíöèàëîâ. Ôîðìóëèðîâêà Ïëàíêà ñîîòâåòñòâóåò îïðåäåëåíèþ ýíòðîïèè â ñòàòèñòè÷åñêîé ôèçèêå ÷åðåç òåðìîäèíàìè÷åñêóþ âåðîÿòíîñòü (W) ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìû. Ïðè àáñîëþòíîì íóëå òåìïåðàòóðû ñèñòåìà íàõîäèòñÿ â îñíîâíîì êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêîì ñîñòîÿíèè, åñëè îíî íåâûðîæäåíî, äëÿ êîòîðîãî W = 1 (ñîñòîÿíèå ðåàëèçóåòñÿ åäèíñòâåííûì ìèêðîðàñïðåäåëåíèåì). Ñëåäîâàòåëüíî, ýíòðîïèÿ S ïðè Ò > 0 ðàâíà íóëþ.  äåéñòâèòåëüíîñòè ïðè âñåõ èçìåðåíèÿõ ñòðåìëåíèå ýíòðîïèè ê íóëþ íà÷èíàåò ïðîÿâëÿòüñÿ çíà÷èòåëüíî ðàíüøå, ÷åì ìîæåò ñòàòü ñóùåñòâåííîé ïðè T = 0 äèñêðåòíîñòü êâàíòîâûõ óðîâíåé ìàêðîñêîïè÷åñêîé ñèñòåìû, ïðèâîäÿùàÿ ê ÿâëåíèÿì êâàíòîâîãî âûðîæäåíèÿ.
Èç òðåòüåãî íà÷àëà òåðìîäèíàìèêè ñëåäóåò, ÷òî àáñîëþòíîãî íóëÿ òåìïåðàòóðû íåëüçÿ äîñòèãíóòü íè â êàêîì êîíå÷íîì ïðîöåññå, ñâÿçàííîì ñ èçìåíåíèåì ýíòðîïèè, ê íåìó ìîæíî ëèøü àñèìïòîòè÷åñêè ïðèáëèæàòüñÿ, ïîýòîìó òðåòüå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè èíîãäà ôîðìóëèðóþò êàê ïðèíöèï íåäîñòèæèìîñòè àáñîëþòíîãî íóëÿ òåìïåðàòóðû. Èç òðåòüåãî íà÷àëà òåðìîäèíàìèêè âûòåêàåò ðÿä òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ñëåäñòâèé: ïðè T > 0 äîëæíû ñòðåìèòüñÿ ê íóëþ òåïëî¸ìêîñòè ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè è ïðè ïîñòîÿííîì îáú¸ìå, êîýôôèöèåíòû òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ è íåêîòîðûå àíàëîãè÷íûå âåëè÷èíû. Ñïðàâåäëèâîñòü òðåòüåãî íà÷àëà òåðìîäèíàìèêè îäíî âðåìÿ ïîäâåðãàëàñü ñîìíåíèþ, íî ïîçæå áûëî âûÿñíåíî, ÷òî âñå êàæóùèåñÿ ïðîòèâîðå÷èÿ (íåíóëåâîå çíà÷åíèå ýíòðîïèè ó ðÿäà âåùåñòâ ïðè Ò = 0) ñâÿçàíû ñ ìåòàñòàáèëüíûìè ñîñòîÿíèÿìè âåùåñòâà, êîòîðûå íåëüçÿ ñ÷èòàòü òåðìîäèíàìè÷åñêè ðàâíîâåñíûìè.
Òðåòüå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè ÷àñòî íàðóøàåòñÿ â ìîäåëüíûõ ñèñòåìàõ. Òàê, ïðè ýíòðîïèÿ êëàññè÷åñêîãî èäåàëüíîãî ãàçà ñòðåìèòñÿ ê ìèíóñ áåñêîíå÷íîñòè. Ýòî ãîâîðèò î òîì, ÷òî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ èäåàëüíûé ãàç äîëæåí âåñòè ñåáÿ íå ïî óðàâíåíèþ Ìåíäåëååâà-Êëàïåéðîíà.
Òàêèì îáðàçîì, òðåòüå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè óêàçûâàåò íà íåäîñòàòî÷íîñòü êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè è ñòàòèñòèêè è ÿâëÿåòñÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèì ïðîÿâëåíèåì êâàíòîâûõ ñâîéñòâ ðåàëüíûõ ñèñòåì.
Äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ
Äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ (ñîêðàù¸ííî ÄÂÑ) - ýòî òèï äâèãàòåëÿ, òåïëîâîé ìàøèíû, â êîòîðîé õèìè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òîïëèâà (îáû÷íî ïðèìåíÿåòñÿ æèäêîå èëè ãàçîîáðàçíîå óãëåâîäîðîäíîå òîïëèâî), ñãîðàþùåãî â ðàáî÷åé çîíå, ïðåîáðàçóåòñÿ â ìåõàíè÷åñêóþ ðàáîòó.
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ÄÂÑ îòíîñÿòñÿ ê îòíîñèòåëüíî íåñîâåðøåííîìó òèïó òåïëîâûõ ìàøèí (ãðîìîçäêîñòü, ñèëüíûé øóì, òîêñè÷íûå âûáðîñû è íåîáõîäèìîñòü ñèñòåìû èõ îòâîäà, îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîé ðåñóðñ, íåîáõîäèìîñòü îõëàæäåíèÿ è ñìàçêè, âûñîêàÿ ñëîæíîñòü â ïðîåêòèðîâàíèè, èçãîòîâëåíèè è îáñëóæèâàíèè, ñëîæíàÿ ñèñòåìà çàæèãàíèÿ, áîëüøîå êîëè÷åñòâî èçíàøèâàåìûõ ÷àñòåé, âûñîêîå ïîòðåáëåíèå ãîðþ÷åãî è ò.ä.), áëàãîäàðÿ ñâîåé àâòîíîìíîñòè (èñïîëüçóåìîå òîïëèâî ñîäåðæèò ãîðàçäî áîëüøå ýíåðãèè, ÷åì ëó÷øèå ýëåêòðè÷åñêèå àêêóìóëÿòîðû), ÄÂÑ î÷åíü øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíû, - íàïðèìåð, íà òðàíñïîðòå.
Òèïû ÄÂÑ
Ïîðøíåâûå äâèãàòåëè - êàìåðîé ñãîðàíèÿ ÿâëÿåòñÿ öèëèíäð, ãäå õèìè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òîïëèâà ïðåâðàùàåòñÿ â ìåõàíè÷åñêóþ ýíåðãèþ, êîòîðàÿ èç âîçâðàòíî-ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ïîðøíÿ ïðåâðàùàåòñÿ âî âðàùàòåëüíóþ ñ ïîìîùüþ êðèâîøèïíî-øàòóííîãî ìåõàíèçìà.
ÄÂÑ êëàññèôèöèðóþò: à) Ïî íàçíà÷åíèþ - äåëÿòñÿ íà òðàíñïîðòíûå, ñòàöèîíàðíûå è ñïåöèàëüíûå. á) Ïî ðîäó ïðèìåíÿåìîãî òîïëèâà - ëåãêèå æèäêèå (áåíçèí, ãàç), òÿæåëûå æèäêèå (äèçåëüíîå òîïëèâî). â) Ïî ñïîñîáó îáðàçîâàíèÿ ãîðþ÷åé ñìåñè - âíåøíåå (êàðáþðàòîð) è âíóòðåííåå ó äèçåëüíîãî ÄÂÑ. ã) Ïî ñïîñîáó âîñïëàìåíåíèÿ ëèáî èñêðà ëèáî ñæàòèå. ä) Ïî ÷èñëó è ðàñïîëîæåíèþ öèëèíäðîâ ðàçäåëÿþò ðÿäíûå, ãîðèçîíòàëüíûå, âåðòèêàëüíûå, V-îáðàçíûå, îïïîçèòíûå.
Áåíçèíîâûå
Ñìåñü òîïëèâà ñ âîçäóõîì ãîòîâèòñÿ â êàðáþðàòîðå è äàëåå âî âïóñêíîì êîëëåêòîðå ïðè ïîìîùè ðàñïûëÿþùèõ ôîðñóíîê (ìåõàíè÷åñêèõ èëè ýëåêòðè÷åñêèõ), äàëåå ñìåñü ïîäà¸òñÿ â öèëèíäð, ñæèìàåòñÿ, à çàòåì ïîäæèãàåòñÿ ïðè ïîìîùè èñêðû, ïðîñêàêèâàþùåé ìåæäó ýëåêòðîäàìè ñâå÷è. Îñíîâíàÿ õàðàêòåðíàÿ îñîáåííîñòü òîïëèâî-âîçäóøíîé ñìåñè â ýòîì ñëó÷àå - å¸ ãîìîãåíèçèðîâàííîñòü.
Äèçåëüíûå
Ñïåöèàëüíîå äèçåëüíîå òîïëèâî âïðûñêèâàåòñÿ â öèëèíäð ïîä âûñîêèì äàâëåíèåì. Ãîðþ÷àÿ ñìåñü îáðàçóåòñÿ (è ñðàçó æå ñãîðàåò) íåïîñðåäñòâåííî â öèëèíäðå ïî ìåðå âïðûñêà ïîðöèè òîïëèâà. Âîñïëàìåíåíèå ñìåñè ïðîèñõîäèò ïîä äåéñòâèåì âûñîêîé òåìïåðàòóðû âîçäóõà, ïîäâåðãøåãîñÿ ñæàòèþ â öèëèíäðå.
Ãàçîâûå
Äâèãàòåëü, ñæèãàþùèé â êà÷åñòâå òîïëèâà óãëåâîäîðîäû, íàõîäÿùèåñÿ â ãàçîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ:
ñìåñè ñæèæåííûõ ãàçîâ - õðàíÿòñÿ â áàëëîíå ïîä äàâëåíèåì íàñûùåííûõ ïàðîâ (äî 16 àòì). Èñïàð¸ííàÿ â èñïàðèòåëå æèäêàÿ ôàçà èëè ïàðîâàÿ ôàçà ñìåñè ñòóïåí÷àòî òåðÿåò äàâëåíèå â ãàçîâîì ðåäóêòîðå äî áëèçêîãî àòìîñôåðíîìó, è âñàñûâàåòñÿ äâèãàòåëåì âî âïóñêíîé êîëëåêòîð ÷åðåç âîçäóøíî-ãàçîâûé ñìåñèòåëü èëè âïðûñêèâàåòñÿ âî âïóñêíîé êîëëåêòîð ïîñðåäñòâîì ýëåêòðè÷åñêèõ ôîðñóíîê. Çàæèãàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè ïîìîùè èñêðû, ïðîñêàêèâàþùåé ìåæäó ýëåêòðîäàìè ñâå÷è.
ñæàòûå ïðèðîäíûå ãàçû - õðàíÿòñÿ â áàëëîíå ïîä äàâëåíèåì 150-200 àòì. Óñòðîéñòâî ñèñòåì ïèòàíèÿ àíàëîãè÷íî ñèñòåìàì ïèòàíèÿ ñæèæåííûì ãàçîì, îòëè÷èå - îòñóòñòâèå èñïàðèòåëÿ.
ãåíåðàòîðíûé ãàç - ãàç, ïîëó÷åííûé ïðåâðàùåíèåì òâ¸ðäîãî òîïëèâà â ãàçîîáðàçíîå.  êà÷åñòâå òâ¸ðäîãî òîïëèâà èñïîëüçóþòñÿ: óãîëü, òîðô, äðåâåñèíà.
Ãàçîäèçåëüíûå
Îñíîâíàÿ ïîðöèÿ òîïëèâà ïðèãîòàâëèâàåòñÿ, êàê â îäíîé èç ðàçíîâèäíîñòåé ãàçîâûõ äâèãàòåëåé, íî çàæèãàåòñÿ íå ýëåêòðè÷åñêîé ñâå÷îé, à çàïàëüíîé ïîðöèåé äèçòîïëèâà, âïðûñêèâàåìîãî â öèëèíäð àíàëîãè÷íî äèçåëüíîìó äâèãàòåëþ.
Ðîòîðíî-ïîðøíåâîé
Êîìáèíèðîâàííûé äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ - äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé êîìáèíàöèþ èç ïîðøíåâîé (ðîòîðíî-ïîðøíåâîé) è ëîïàòî÷íîé ìàøèíû (òóðáèíà, êîìïðåññîð), â êîòîðîì â îñóùåñòâëåíèè ðàáî÷åãî ïðîöåññà ó÷àñòâóþò îáå ìàøèíû. Ïðèìåðîì êîìáèíèðîâàííîãî ÄÂÑ ñëóæèò ïîðøíåâîé äâèãàòåëü ñ ãàçîòóðáèííûì íàääóâîì (òóðáîíàääóâ).
RCV - äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, ñèñòåìà ãàçîðàñïðåäåëåíèÿ êîòîðîãî ðåàëèçîâàíà çà ñ÷¸ò âðàùåíèÿ öèëèíäðà. Öèëèíäð ñîâåðøàåò âðàùàòåëüíîå äâèæåíèå ïîïåðåìåííî ïðîõîäÿ âïóñêíîé è âûïóñêíîé ïàòðóáîê, ïîðøåíü ïðè ýòîì ñîâåðøàåò âîçâðàòíî-ïîñòóïàòåëüíûå äâèæåíèÿ.
Öèêëû ðàáîòû ïîðøíåâûõ ÄÂÑ
Ïîðøíåâûå äâèãàòåëè âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ êëàññèôèöèðóþòñÿ ïî êîëè÷åñòâó òàêòîâ â ðàáî÷åì öèêëå íà äâóõòàêòíûå è ÷åòûð¸õòàêòíûå.
Ðàáî÷èé öèêë â ïîðøíåâûõ äâèãàòåëÿõ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ ñîñòîèò èç ïÿòè ïðîöåññîâ: âïóñêà, ñæàòèÿ, ñãîðàíèÿ, ðàñøèðåíèÿ è âûïóñêà.  äâèãàòåëå ðàáî÷èé öèêë ìîæåò áûòü îñóùåñòâëåí ïî ñëåäóþùåé øèðîêî ïðèìåíÿåìîé ñõåìå:
1.  ïðîöåññå âïóñêà ïîðøåíü ïåðåìåùàåòñÿ îò âåðõíåé ìåðòâîé òî÷êè (â.ì.ò.) ê íèæíåé ìåðòâîé òî÷êå (í.ì.ò.), à îñâîáîæäàþùååñÿ íàäïîðøíåâîå ïðîñòðàíñòâî öèëèíäðà çàïîëíÿåòñÿ ñìåñüþ âîçäóõà ñ òîïëèâîì. Èç-çà ðàçíîñòè äàâëåíèé âî âïóñêíîì êîëëåêòîðå è âíóòðè öèëèíäðà äâèãàòåëÿ ïðè îòêðûòèè âïóñêíîãî êëàïàíà ñìåñü ïîñòóïàåò (âñàñûâàåòñÿ) â öèëèíäð â ìîìåíò âðåìåíè, íàçûâàåìûé óãëîì îòêðûòèÿ âïóñêíîãî êëàïàíà öà.
Âîçäóøíî-òîïëèâíàÿ ñìåñü è ïðîäóêòû ñãîðàíèÿ (âñåãäà îñòàþùèåñÿ â îáúåìå ïðîñòðàíñòâà ñæàòèÿ îò ïðåäûäóùåãî öèêëà), ñìåøèâàÿñü ìåæäó ñîáîé, îáðàçóþò ðàáî÷óþ ñìåñü. Òùàòåëüíî ïðèãîòîâëåííàÿ ðàáî÷àÿ ñìåñü ïîâûøàåò ýôôåêòèâíîñòü ñãîðàíèÿ òîïëèâà, ïîýòîìó åå ïîäãîòîâêå óäåëÿåòñÿ áîëüøîå âíèìàíèå âî âñåõ òèïàõ ïîðøíåâûõ äâèãàòåëåé.
Êîëè÷åñòâî âîçäóøíî-òîïëèâíîé ñìåñè, ïîñòóïàþùåå â öèëèíäð çà îäèí ðàáî÷èé öèêë, íàçûâàåòñÿ ñâåæèì çàðÿäîì, à ïðîäóêòû ñãîðàíèÿ, îñòàþùèåñÿ â öèëèíäðå ê ìîìåíòó ïîñòóïëåíèÿ â íåãî ñâåæåãî çàðÿäà - îñòàòî÷íûìè ãàçàìè.
×òîáû ïîâûñèòü ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû äâèãàòåëÿ, ñòðåìÿòñÿ óâåëè÷èòü àáñîëþòíóþ âåëè÷èíó ñâåæåãî çàðÿäà è åãî âåñîâóþ äîëþ â ðàáî÷åé ñìåñè.
2.  ïðîöåññå ñæàòèÿ îáà êëàïàíà çàêðûòû è ïîðøåíü, ïåðåìåùàÿñü îò í.ì.ò.ê. â.ì.ò. è óìåíüøàÿ îáúåì íàäïîðøíåâîé ïîëîñòè, ñæèìàåò ðàáî÷óþ ñìåñü (â îáùåì ñëó÷àå ðàáî÷åå òåëî). Ñæàòèå ðàáî÷åãî òåëà óñêîðÿåò ïðîöåññ ñãîðàíèÿ è ýòèì ïðåäîïðåäåëÿåò âîçìîæíóþ ïîëíîòó èñïîëüçîâàíèÿ òåïëà, âûäåëÿþùåãîñÿ ïðè ñæèãàíèè òîïëèâà â öèëèíäðå.
Äâèãàòåëè âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ ñòðîÿòñÿ ñ âîçìîæíî áîëüøåé ñòåïåíüþ ñæàòèÿ, êîòîðàÿ â ñëó÷àÿõ ïðèíóäèòåëüíîãî çàæèãàíèÿ ñìåñè äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ 10-12, à ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðèíöèïà ñàìîâîñïëàìåíåíèÿ òîïëèâà âûáèðàåòñÿ â ïðåäåëàõ 14-22.
3.  ïðîöåññå ñãîðàíèÿ ïðîèñõîäèò îêèñëåíèå òîïëèâà êèñëîðîäîì âîçäóõà, âõîäÿùåãî â ñîñòàâ ðàáî÷åé ñìåñè, âñëåäñòâèå ÷åãî äàâëåíèå â íàäïîðøíåâîé ïîëîñòè ðåçêî âîçðàñòàåò.
 ðàññìàòðèâàåìîé ñõåìå ðàáî÷àÿ ñìåñü â íóæíûé ìîìåíò âáëèçè â.ì.ò. ïîäæèãàåòñÿ îò ïîñòîðîííåãî èñòî÷íèêà ñ ïîìîùüþ ýëåêòðè÷åñêîé èñêðû âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ (ïîðÿäêà 15 êâ). Äëÿ ïîäà÷è èñêðû â öèëèíäð ñëóæèò ñâå÷à çàæèãàíèÿ, êîòîðàÿ ââåðòûâàåòñÿ â ãîëîâêó öèëèíäðà.
Äëÿ äâèãàòåëåé ñ âîñïëàìåíåíèåì òîïëèâà îò òåïëà, âûäåëÿþùåãîñÿ îò ïðåäâàðèòåëüíî ñæàòîãî âîçäóõà, çàïàëüíàÿ ñâå÷à íå íóæíà. Òàêèå äâèãàòåëè ñíàáæàþòñÿ ñïåöèàëüíîé ôîðñóíêîé, ÷åðåç êîòîðóþ â íóæíûé ìîìåíò â öèëèíäð âïðûñêèâàåòñÿ òîïëèâî ïîä äàâëåíèåì â 100 ÷ 300 êÃ/ñì² (˜ 10-30 Ìí/ì²) è áîëåå.
4.  ïðîöåññå ðàñøèðåíèÿ ðàñêàëåííûå ãàçû, ñòðåìÿñü ðàñøèðèòüñÿ, ïåðåìåùàþò ïîðøåíü îò â.ì.ò.ê. í.ì.ò. Ñîâåðøàåòñÿ ðàáî÷èé õîä ïîðøíÿ, êîòîðûé ÷åðåç øàòóí ïåðåäàåò äàâëåíèå íà øàòóííóþ øåéêó êîëåí÷àòîãî âàëà è ïðîâîðà÷èâàåò åãî.
5.  ïðîöåññå âûïóñêà ïîðøåíü ïåðåìåùàåòñÿ îò í.ì.ò.ê. â.ì.ò. è ÷åðåç âòîðîé îòêðûâàþùèéñÿ ê ýòîìó âðåìåíè êëàïàí, âûòàëêèâàåò îòðàáîòàâøèå ãàçû èç öèëèíäðà. Ïðîäóêòû ñãîðàíèÿ îñòàþòñÿ òîëüêî â îáúåìå êàìåðû ñãîðàíèÿ, îòêóäà èõ íåëüçÿ âûòåñíèòü ïîðøíåì. Íåïðåðûâíîñòü ðàáîòû äâèãàòåëÿ îáåñïå÷èâàåòñÿ ïîñëåäóþùèì ïîâòîðåíèåì ðàáî÷èõ öèêëîâ.
Ïðîöåññû, ñâÿçàííûå ñ ïîäãîòîâêîé ðàáî÷åé ñìåñè ê ñæèãàíèþ åå â öèëèíäðå, à òàêæå îñâîáîæäåíèåì öèëèíäðà îò ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ, â îäíîöèëèíäðîâûõ äâèãàòåëÿõ îñóùåñòâëÿþòñÿ äâèæåíèåì ïîðøíÿ çà ñ÷åò ýíåðãèè ìàõîâèêà, êîòîðóþ îí íàêàïëèâàåò â ïðîöåññå ðàáî÷åãî õîäà.
 ìíîãîöèëèíäðîâûõ äâèãàòåëÿõ âñïîìîãàòåëüíûå õîäû êàæäîãî èç öèëèíäðîâ âûïîëíÿþòñÿ çà ñ÷åò ðàáîòû äðóãèõ (ñîñåäíèõ) öèëèíäðîâ. Ïîýòîìó ýòè äâèãàòåëè â ïðèíöèïå ìîãóò ðàáîòàòü áåç ìàõîâèêà.
Äëÿ óäîáñòâà èçó÷åíèÿ ðàáî÷èé öèêë ðàçëè÷íûõ äâèãàòåëåé ðàñ÷ëåíÿþò íà ïðîöåññû èëè, íàîáîðîò, ãðóïïèðóþò ïðîöåññû ðàáî÷åãî öèêëà ñ ó÷åòîì ïîëîæåíèÿ ïîðøíÿ îòíîñèòåëüíî ìåðòâûõ òî÷åê â öèëèíäðå. Ýòî ïîçâîëÿåò âñå ïðîöåññû â ïîðøíåâûõ äâèãàòåëÿõ ðàññìàòðèâàòü â çàâèñèìîñòè îò ïåðåìåùåíèÿ ïîðøíÿ, ÷òî áîëåå óäîáíî.
×àñòü ðàáî÷åãî öèêëà, îñóùåñòâëÿåìàÿ â èíòåðâàëå ïåðåìåùåíèÿ ïîðøíÿ ìåæäó äâóìÿ ñìåæíûìè ìåðòâûìè òî÷êàìè, íàçûâàåòñÿ òàêòîì.
Òàêòó, à ñëåäîâàòåëüíî, è ñîîòâåòñòâóþùåìó õîäó ïîðøíÿ ïðèñâàèâàåòñÿ íàçâàíèå ïðîöåññà, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì ïðè äàííîì ïåðåìåùåíèè ïîðøíÿ ìåæäó äâóìÿ åãî ìåðòâûìè òî÷êàìè (ïîëîæåíèÿìè).
 äâèãàòåëå êàæäîìó òàêòó (õîäó ïîðøíÿ) ñîîòâåòñòâóþò, íàïðèìåð, âïîëíå îïðåäåëåííûå îñíîâíûå äëÿ íèõ ïðîöåññû: âïóñê, ñæàòèå, ðàñøèðåíèå, âûïóñê. Ïîýòîìó â òàêèõ äâèãàòåëÿõ ðàçëè÷àþò òàêòû: âïóñêà, ñæàòèÿ, ðàñøèðåíèÿ è âûïóñêà. Êàæäîå èç ýòèõ ÷åòûðåõ íàçâàíèé ñîîòâåòñòâåííî ïðèñâàèâàåòñÿ õîäàì ïîðøíÿ.
 ëþáûõ ïîðøíåâûõ äâèãàòåëÿõ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ ðàáî÷èé öèêë ñêëàäûâàåòñÿ èç ðàññìîòðåííûõ âûøå ïÿòè ïðîöåññîâ ïî ðàçîáðàííîé âûøå ñõåìå çà ÷åòûðå õîäà ïîðøíÿ èëè âñåãî çà äâà õîäà ïîðøíÿ.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ïîðøíåâûå äâèãàòåëè ïîäðàçäåëÿþò íà äâóõ- è ÷åòûðåõòàêòíûå.
Çàêëþ÷åíèå
Ìû ñ÷èòàåì ÷òî òåðìîäèíàìèêà - ýòî îäèí èç îñíîâíûõ ðàçäåëîâ ôèçèêè. Áåç äàííîãî ðàçäåëà ôèçèêè íå ìîæåò îáîéòèñü ìàøèíîñòðîåíèå.
À èçîáðåòåíèå, òàêîå êàê äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, âåëè÷àéøèå èçîáðåòåíèå ÷åëîâåêà. È ïðèìåíåíèå äàííîãî èçîáðåòåíèÿ ìû âèäèì êàæäûé äåíü.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
òåðìîäèíàìèêà çàêîí äâèãàòåëü ñãîðàíèå
1. Èâàí Ïÿòîâ. ÐÏÄ èçíóòðè è ñíàðóæè, Æóðíàë Äâèãàòåëü, ¹5-6 (11-12) ñåíòÿáðü-äåêàáðü 2000
2. Øóãóðîâ Ë.Ì., Øèðøîâ Â.Ï. Àâòîìîáèëè Ñòðàíû Ñîâåòîâ. - 2-å èçä., ïåðåðàá. è äîï. - Ì.: ÄÎÑÀÀÔ, 1983. - 128 ñ. - 150 000 ýêç.
3. www.wikipedia.ru
4. Âèäåî î ÄÂÑ http://www.ford.com/
Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru
Ïîäîáíûå äîêóìåíòû
Òåðìîäèíàìèêà - ðàçäåë ôèçèêè îá îáùèõ ñâîéñòâàõ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ ñèñòåì ñ ïîçèöèé òåðìîäèíàìè÷åñêèõ çàêîíîâ. Òðè çàêîíà (íà÷àëà) òåðìîäèíàìèêè â åå îñíîâå. Òåïëîåìêîñòü ãàçà, êðóãîâûå öèêëû, ýíòðîïèÿ, öèêë Êàðíî. Îñíîâíûå ôîðìóëû òåðìîäèíàìèêè.
ðåôåðàò [1,7 M], äîáàâëåí 01.11.2013Îïèñàíèå äâèãàòåëÿ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ - òåïëîâîé ìàøèíû, â êîòîðîé õèìè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òîïëèâà, ñãîðàþùåãî â ðàáî÷åé çîíå, ïðåîáðàçóåòñÿ â ìåõàíè÷åñêóþ ðàáîòó. Ñðàâíèòåëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÷åòûð¸õòàêòíîãî è äâóõòàêòíîãî äâèãàòåëåé, èõ ïðèìåíåíèå.
ïðåçåíòàöèÿ [9,0 M], äîáàâëåí 11.12.2016Òåðìîäèíàìèêà êàê îáëàñòü ôèçèêè, èññëåäóþùàÿ ïðîöåññû ïðåîáðàçîâàíèÿ òåïëîòû â ðàáîòó è äðóãèå âèäû ýíåðãèè. Õàðàêòåðèñòèêà êëþ÷åâûõ îñîáåííîñòåé ñõåìû ãàçîâîãî òåðìîìåòðà. Ðàññìîòðåíèå îñíîâíûõ ñâîéñòâ èäåàëüíîãî ãàçà. Ñóùíîñòü ïîíÿòèÿ "òåïëîåìêîñòü".
ïðåçåíòàöèÿ [73,1 K], äîáàâëåí 15.04.2014Îñíîâíûå òèïû äâèãàòåëåé: äâóõòàêòíûå è ÷åòûðåõòàêòíûå. Êîíñòðóêöèÿ äâóõòàêòíîãî äâèãàòåëÿ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ. Ïðèíöèï çàæèãàíèÿ äâèãàòåëÿ. Èñòîðèÿ ñîçäàíèÿ è ïðèíöèï ðàáîòû ýëåêòðîäâèãàòåëÿ. Ñïîñîáû âîçáóæäåíèÿ ýëåêòðîäâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà.
ðåôåðàò [1,1 M], äîáàâëåí 11.10.2010Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà äâèãàòåëÿ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ è åãî õàðàêòåðèñòèêà. Îïðåäåëåíèå èçìåíåíèÿ â ïðîöåññàõ öèêëà âíóòðåííåé ýíåðãèè è ýíòðîïèè, ïîäâåäåííîé è îòâåäåííîé òåïëîòû, ïîëåçíîé ðàáîòû. Ðàñ÷åò òåðìè÷åñêîãî êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ öèêëà.
êóðñîâàÿ ðàáîòà [209,1 K], äîáàâëåí 01.10.2012Èñòîðèÿ ñîçäàíèÿ è ïðèíöèï ðàáîòû ýëåêòðîäâèãàòåëÿ. Ñïîñîáû âîçáóæäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà. Îñíîâíûå òèïû äâèãàòåëåé è èõ ðàçíîâèäíîñòè. Êîíñòðóêöèÿ äâóõòàêòíîãî äâèãàòåëÿ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ. Ïðèíöèï ðàáîòû çàæèãàíèÿ äâèãàòåëÿ.
ïðåçåíòàöèÿ [419,0 K], äîáàâëåí 05.05.2011Îïèñàíèå èäåàëüíûõ è ðåàëüíûõ öèêëîâ äâèãàòåëåé âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ. Ðàññìîòðåíèå òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â öèêëàõ. Èçó÷åíèå îñíîâíûõ ôîðìóë äëÿ ðàñ÷åòà ýíåðãåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê öèêëîâ è ïàðàìåòðîâ â èõ õàðàêòåðíûõ òî÷êàõ.
êóðñîâàÿ ðàáîòà [388,1 K], äîáàâëåí 13.06.2015Òåìïåðàòóðà - ïàðàìåòð, õàðàêòåðèçóþùèé òåïëîâîå ñîñòîÿíèå âåùåñòâà. Òåìïåðàòóðíûå øêàëû, ïðèáîðû äëÿ èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû è èõ îñíîâíûå âèäû. Òåðìîäèíàìè÷åñêèé öèêë ïîðøíåâîãî äâèãàòåëÿ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ ñ ïîäâîäîì òåïëà ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèÿ.
êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà [124,1 K], äîáàâëåí 25.03.2012Îïèñàíèå àäèàáàòè÷åñêè èçîëèðîâàííîé ñèñòåìû. Èçìåíåíèÿ ýíòðîïèÿ àçîòà â èçîõîðíîì ïðîöåññå. Ôàçîâûå ðàâíîâåñèÿ è ôàçîâûå ïåðåõîäû. Ýëåìåíòû òåõíè÷åñêîé òåðìîäèíàìèêè, ïîíÿòèå îá èäåàëüíûõ è íåèäåàëüíûõ ðàñòâîðàõ. Ðàñ÷åò ÊÏÄ äâèãàòåëÿ Ñòèðëèíãà.
êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà [263,2 K], äîáàâëåí 24.05.2015Îïðåäåëåíèå ðåàêöèè áàëëîíà íà âîçðîñøåå äàâëåíèå. Àíàëèç ãàçîâîé ïîñòîÿííîé è ïëîòíîñòè ñìåñè, ñîñòîÿùåé èç âîäîðîäà è îêèñè óãëåðîäà. Àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå çàêîíîâ òåðìîäèíàìèêè. Ðàñ÷åò ðàñõîäà ýíåðãèè â êîìïðåññîðàõ ïðè ïîëèòðîïíîì ñæàòèè âîçäóõà.
êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà [747,5 K], äîáàâëåí 04.03.2013