Kể từ chiếc máy hơi nước đầu tiên được chế tạo cuối thể kỷ XVII, vừa cồng kềnh vừa chỉ sử dụng được không quá 5% năng lượng của nhiên liệu được đốt cháy, đến nay con người đã có những bước tiến khổng lồ trong lĩnh vực chế tạo động cơ nhiệt.
Ngày nay, con người sử dụng từ những động cơ bé nhỏ dùng để chạy xe gắn máy đến những động cơ nhiệt khổng lồ dùng phóng những con tàu vũ trụ.
Bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu khái niệm động cơ nhiệt là gì? cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và hiệu suất của động cơ nhiệt thường gặp là động cơ nổ bốn kỳ.
I. Động cơ nhiệt là gì?
– 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.
Các động cơ nhiệt chạy bằng hơi nước (h.28.1) chạy bằng xăng, dầu (h28.2) và bằng năng lượng nguyên tử (h.28.3).
II. Động cơ nổ bốn kỳ, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
– Động cơ nổ bốn kỳ là động cơ nhiệt thường gặp nhất hiện nay.
1. Cấu tạo của động cơ nổ bốn kỳ
• Cấu tạo của một Động cơ bốn kỳ:
1,2: van tự động đóng và mở khi pít-tông chuyển động (xupap)
3: xilanh và pit-tông 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: vô lăng – có tác dụng tạo quán tính cho tay quay
7: bugi dùng để bật tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh.
2. Nguyên tắc chuyển vận
• Kỳ thứ nhất: Hút nhiên liệu. Pit-tông 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 pit-tông xuống dưới. Cuối kỳ này van 2 mở ra.
• Kỳ thứ tư: Thoát khí. Pit-tông 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 vô lăng.
III. Hiệu suất của động cơ nhiệt
• 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 tính hiệu suất:
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).
IV. Câu hỏi vận dụng động cơ nhiệt
* CâuC3 trang 99 SGK Vật Lý 8:Các máy cơ đơn giản học ở lớp 6 có phải là động cơ nhiệt không? Tại sao?
* Lời giải:
– Các máy cơ đơn giản học ở lớp 6 không phải là động cơ nhiệt vì trong quá trình hoạt động của các máy này không có sự chuyển hóa từ năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy thành cơ năng.
* CâuC4 trang 99 SGK Vật Lý 8:Hãy kể tên các dụng cụ có sử dụng động cơ nổ 4 kỳ mà em biết.
* Lời giải:
– Một số dụng cụ có sử dụng động cơ nổ 4 kỳ: Một số loại động cơ ô tô, một số loại động cơ xe máy, máy nổ của nhà máy nhiệt điện,…
* CâuC5 trang 99 SGK Vật Lý 8:Theo em thì động cơ nhiệt có thể gây ra những tác hại nào đối với môi trường sống của chúng ta?
* Lời giải:
• Những tác hại của động cơ nhiệt đối với môi trường sống:
– 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.
* CâuC6 trang 99 SGK Vật Lý 8: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.
* Lời giải:
• Tóm tắt bài cho:S = 100km = 100000 m; F = 700 N; m = 4 kg.
Hiệu suất H = ?
– Công động cơ ô tô thực hiện là: A = F.S = 700.100000 = 7.107J
– Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tỏa ra là: Q = m.q = 4.46.106= 18,4.107J
– Hiệu suất của động cơ ô tô là:
Như vậy, với bài viết vềĐộng cơ nhiệt là gì? Cấu tạo, nguyên tắc chuyển vận và hiệu suất của động cơ nhiệt; các em cần ghi nhớ được các ý chính sau:
+ Động cơ nhiệt là động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy được chuyển hóa thành cơ năng.
+ Công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt: H = A/Q.
