Lý 8 Bài 28: Động cơ nhiệt
Động cơ nhiệt là động cơ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Người ta sử dụng từ những động cơ nhiệt bé nhỏ dùng để chạy xe gắn máy đến những động cơ nhiệt khổng lồ dùng trong việc phóng tàu vũ trụ. Vậy động cơ nhiệt là gì? Nó có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động như thế nào? Để trả lời cho câu hỏi này, mời các em cùng tìm hiểu nội dung bài học.
Mục lục nội dung
1. Tóm tắt lý thuyết
1.1. Động cơ nhiệt
-
Động cơ nhiệt là động cơ mà trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy được chuyển hóa thành cơ năng.
-
Động cơ nhiệt đầu tiên là máy hơi nước. Nhiên liệu chủ yếu là củi, than, dầu . . . được đốt cháy từ bên ngoài xilanh của động cơ.
-
Động cơ nhiệt sau đó là động cơ đốt trong, là động cơ mà nhiên liệu được đốt cháy ngay bên trong xilanh của động cơ. Nhiên liệu chủ yếu là xăng hoặc ma dút dùng trong xe máy, ôtô, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy. . .
-
Động cơ nhiệt nhiệt chạy bằng nhiên liệu đặc biệt của tên lửa, tàu vũ trụ. Nhiên liệu chủ yếu là năng lượng nguyên tử dùng trong tàu ngầm, tàu phá băng (trên biển), nhà máy điện nguyên tử.
1.2. Động cơ nổ bốn kỳ
Động cơ bốn kỳ là động cơ thường gặp nhất hiện nay
a) Cấu tạo:
- Cấu tạo của một Động cơ bốn kỳ:
-
1,2: van tự động đóng và mở khi píttông chuyển động (supap)
-
3: xilanh và pittông có thể chuyển động trong xilanh
-
4: tay biên (tay zên) nối pittông và tay quay (5).
-
5: tay quay-trên thục tay quay có gắn vôlăng (6)
-
6: vôlăng-có tác dụng tạo quán tính cho tay quay
-
7: bugi dùng để bật tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh.
b) Chuyển vận:
-
Kỳ thứ nhất: Hút nhiên liệu. Pittông chuyển động xuống dưới. Van 1 mở, van 2 đóng, hỗn nhiên liệu được hút vào xilanh. Cuối kỳ này trong xilanh đã chứa đầy hỗn hợp nhiên liệu và van 1 dóng lại.
-
Kỳ thứ hai: Nén nhiên liệu. Pittông chuyển động lên phía trên nén hỗn hợp nhiên liệu trong xilanh. Van 1, van 2 đều đóng.
-
Kỳ thứ ba: Đốt nhiên liệu. Khi pittông lên đến tận cùng thì bugi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong xilanh, kèm theo tiếng nổ và tỏa nhiệt. Các chất khí mới tạo thành dãn nở, sinh công đẩy pittông xuống dưới. Cuối kỳ này van 2 mở ra.
-
Kỳ thứ tư: Thoát khí. Pittông chuyển động lên phía trên, dồn hết khí mới sinh ra sao khi đốt nhiên liệu ở kỳ thứ ba trong xilanh ra ngoài qua van 2. Sau đó các kỳ của động cơ lặp lại từ đầu kỳ thứ nhất
-
Trong bốn kỳ của động cơ, chỉ có kỳ thứ ba là sinh công. Các kỳ khác, động cơ chuyển động nhờ đà (quán tính) của vôlăng.
1.3. Hiệu suất của động cơ
- Hiệu suất của động cơ nhiệt được xác định bằng tỉ số giữa phần nhiệt lượng chuyển hóa thành công cơ học và nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra.
- Công thức: \(H=\frac{A}{Q}\)
- Trong đó:
-
A: Công mà động cơ thực hiện (J), có độ lớn bằng phần nhiệt lượng chuyển hóa thành cơ năng.
-
Q: Nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra (J)
2. Bài tập minh họa
2.1. Dạng 1: Tìm hiệu suất của động cơ ô tô
Một ô tô chạy được quãng đường 100 km với lực kéo trung bình là 700 N, tiêu thụ hết 5 lít xăng (khoảng 4kg). Tính hiệu suất của động cơ ô tô.
Hướng dẫn giải:
-
Công động cơ ô tô thực hiện là:
A = F.s = 700.100000 = \(7.10^7J\)
-
Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tỏa ra là:
\(Q=m.q =4.46.10^6=18,4.10^7J\)
-
Hiệu suất của động cơ ô tô là:
\(H=\frac{A}{Q}.100=\frac{7.10^7}{18,4.10^7}.100=38,04\)%
Vậy, hiệu suất của động cơ ô tô là: \(H=38,04\)%
2.2. Dạng 2: Nêu tác hại của động cơ nhiệt
Theo em thì động cơ nhiệt có thể gây ra những tác hại nào đối với môi trường sống của chúng ta?
Hướng dẫn giải:
Những tác hại của động cơ nhiệt đối với môi trường:
-
Ô nhiễm môi trường do khí thải của các động cơ có nhiều chất độc.
-
Ô nhiễm về tiếng ồn.
-
Nhiệt lượng do động cơ thải ra góp phần làm tăng nhiệt độ của khí quyển.
3. Luyện tập
3.1. Bài tập tự luận
Câu 1: Động cơ của một máy bay có công suất 2.106 W và hiệu suất 32%. Vậy với một tấn xăng, máy bay có thể bay được bao nhiêu lâu? Biết năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,6.107 J/kg.
Câu 2: Một máy bơm nước sau khi tiêu thụ hết 8 kg dầu thì đưa được 900 m3 nước lên cao 10 m. Hiệu suất của máy bơm đó là bao nhiêu? Biết năng suất tỏa nhiệt của dầu dùng cho máy bơm là 4,6.107 J/kg, khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3.
Câu 3: Với 2 lít xăng, một xe máy có công suất 3,2 kW chuyển động với vận tốc 45 km/h sẽ đi được bao nhiêu km? Biết hiệu suất của động cơ là 25%, năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,6.107 J/kg, khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3.
Câu 4: Tính hiệu suất của động cơ ô tô biết rằng khi ô tô chuyển động với vận tốc 72 km/h thì động cơ có công suất 20 kW và tiêu thụ 20 lít xăng để chạy 200 km. Năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,6.107 J/kg.
3.2. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Động cơ nhiệt là:
A. Động cơ trong đó toàn bộ phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành cơ năng.
B. Động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành nhiệt năng.
C. Động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành cơ năng.
D. Động cơ trong đó toàn bộ phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành nhiệt năng.
Câu 2: Động cơ nào sau đây không phải là động cơ nhiệt?
A. Động cơ của máy bay phản lực.
B. Động cơ xe máy.
C. Động cơ chạy máy phát điện của nhà máy thủy điện.
D. Động cơ chạy máy phát điện của nhà máy nhiệt điện.
Câu 3: Các kì của động cơ nổ 4 kì diễn ra theo thứ tự:
A. Hút nhiên liệu, đốt nhiên liệu, nén nhiên liệu, thoát khí.
B. Thoát khí, hút nhiên liệu, nén nhiên liệu, đốt nhiên liệu.
C. Hút nhiên liệu, nén nhiên liệu, thoát khí, đốt nhiên liệu.
D. Hút nhiên liệu, nén nhiên liệu, đốt nhiên liệu, thoát khí.
Câu 4: Câu nào sau đây nói về hiệu suất của động cơ nhiệt?
A. Hiệu suất cho biết động cơ mạnh hay yếu.
B. Hiệu suất cho biết động cơ thực hiện công nhanh hay chậm.
C. Hiệu suất cho biết nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn trong động cơ.
D. Hiệu suất cho biết động cơ có bao nhiêu phần trăm nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra được biến thành công có ích.
4. Kết luận
Qua bài giảng Động cơ nhiệt này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :
-
Phát biểu được dịnh nghĩa động cơ nhiệt
-
Dựa vào mô hình hoặc hình vẽ động cơ nổ 4 kì, có thể mô tả được cấu tạo của động cơ này.
-
Viết được công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt. Giải được các bài tập đơn giản về động cơ nhiệt.
Tham khảo thêm
- doc Lý 8 Bài 19: Các chất được cấu tạo như thế nào
- doc Vật lý 8 Bài 20: Nguyên tử, phân tử chuyển động hay đứng yên
- doc Lý 8 Bài 21: Nhiệt năng
- doc Lý 8 Bài 22: Dẫn nhiệt
- doc Lý 8 Bài 23: Đối lưu- Bức xạ nhiệt
- doc Lý 8 Bài 24: Công thức tính nhiệt lượng
- doc Lý 8 Bài 25: Phương trình cân bằng nhiệt
- doc Lý 8 Bài 26: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu
- doc Lý 8 Bài 27: Sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt
- doc Lý 8 Bài 29: Câu hỏi và bài tập tổng kết chương II Nhiệt học