Как можно определить температуру газа в цилиндре карбюраторного двигателя внутреннего сгорания в конце процесса сгорания топлива, если известно, что давление в конце сжатия составило 9·10^5 Па, а в конце сгорания — 35·10^5 Па, и температура в конце сжатия равна 400 °С? При этом поршень во время сгорания топлива считается неподвижным. Пожалуйста, помогите понять принцип решения данной задачи.

Физика 9 класс Термодинамика температура газа цилиндр двигателя давление сжатия процесс сгорания физика 9 класс термодинамика уравнение состояния Идеальный газ расчет температуры двигатель внутреннего сгорания Новый

Для решения данной задачи мы будем использовать закон Бойля-Мариотта и уравнение состояния идеального газа. Давайте разберем шаги, которые нам нужно выполнить, чтобы найти температуру газа в цилиндре в конце процесса сгорания.

Шаг 1: Преобразование температуры

Сначала преобразуем температуру из градусов Цельсия в Кельвины, так как в уравнениях термодинамики используется абсолютная температура. Температура в Кельвинах рассчитывается по формуле:

T(K) = T(°C) + 273.15

Для нашей задачи:

T1 = 400 °C + 273.15 = 673.15 K

Шаг 2: Использование уравнения состояния идеального газа

Уравнение состояния идеального газа выглядит следующим образом:

P * V = n * R * T

где:

• P — давление газа;
• V — объем газа;
• n — количество вещества газа;
• R — универсальная газовая постоянная (примерно 8.31 Дж/(моль·К));
• T — температура газа в Кельвинах.

Шаг 3: Определение соотношения давлений и температур

Так как поршень считается неподвижным, объем газа не меняется во время сгорания. Мы можем использовать соотношение давления и температуры для двух состояний газа:

(P1 / T1) = (P2 / T2)

где P1 и T1 — давление и температура в конце сжатия, а P2 и T2 — давление и температура в конце сгорания.

Шаг 4: Подстановка известных значений

Теперь подставим известные значения в уравнение:

• P1 = 9·10^5 Па;
• T1 = 673.15 K;
• P2 = 35·10^5 Па;

Мы ищем T2, и уравнение можно переписать так:

T2 = (P2 * T1) / P1

Шаг 5: Расчет температуры T2

Теперь подставим значения в формулу:

T2 = (35·10^5 Па * 673.15 K) / (9·10^5 Па)

Выполним расчет:

• Сначала умножим: 35·10^5 * 673.15 = 2.358225·10^8;
• Теперь разделим: 2.358225·10^8 / 9·10^5 = 262.02 K.

Шаг 6: Преобразование результата в градусы Цельсия

Теперь преобразуем температуру обратно в градусы Цельсия:

T2(°C) = T2(K) - 273.15 = 262.02 K - 273.15 = -11.13 °C.

Таким образом, температура газа в цилиндре в конце процесса сгорания составляет примерно -11.13 °C.