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内燃机在做功冲程过程中,气体体积膨胀,温度降低,内能减小.

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/07/04 18:24:10
内燃机在做功冲程过程中,气体体积膨胀,温度降低,内能减小.
清楚一点.我搞不懂.
那为什么对外做功温度会降低内能会减少、
以下已清楚的部分可跳过不读
1.动能守恒
我们知道一个运动的物体1对另一个静止物体2做功以后,物体1的动能减少,被撞击的物体2动能增大.这个过程实际上就是物体1将它自己的动能,一部分或全部传给了物体2.物体2的动能完全来自于物体1.如果没有物体1的动能输入,物体2是不会动起来的.如果过程中没有其他物体分享物体1的动能,物体2的动能增加就等于物体1的动能减少,这称为动能守恒,即整个系统的总动能不变.
2.机械能守恒
如果物体在发生动能变化的同时,还有势能的变化,那么这个物体的总的机械能的增大,必然要以其它物体的机械能的减少为代价(假定我们所考虑的系统中只存在机械运动).也就是说这个物体的机械能的增大部分不能是无中生有,只能来自于其他物体.并且这个物体机械能的增大值必然等于其他物体的机械能的减少值,这就是机械能守恒.
3.能量守恒
现在我们把内能的变化也包括在内,并选取适当的参考系使被考虑的物体(简称系统)相对静止(这样的参考系我们总能找到).这样系统本身所具有的能量就只有它的内能,现在如果我们想要升高系统的内能,必然要求其它物体(简称外界)降低能量,并将这部分能量传给系统.即内能的增加不能无中生有,系统内能的增加必须以外界能量的下降为代价,并且增减的数量相等.这就称为能量守恒,这里的能量可以包括一切形式的能量.也就是说要使物体的内能增加,外界既可以通过做机械功的方式,将它的机械能传给系统;也可以通过做电功或其它功的方式,将其能量传给系统;还可以通过传热的方式实现能量传递.
4.反过来说,我们要使系统的能量(即内能,设系统相对静止)降低,那么多余的能量也不会凭空消失,也必然通过做功或传热的方式,传给外界,最终变成外界的动能或内能.
5.明确以上后,我们来分析问题
做功冲程开始前,气体具有很高的内能,而汽缸体积暂时还没有扩大,此时气体压强很高,温度也很高.由于汽缸内部巨大的压力远大于连杆机构和活塞与汽缸壁的摩擦力,因此气体将推动活塞,而对外界做功.当气体膨胀到不能再推动活塞,做功冲程完毕.外界在此过程中获得了动能(当然获得的动能很快又被消耗于克服各种机械的摩擦力,或提升重物等等).显然外界获得的动能必然来自于气体的内能,否则将是无中生有.因此经过做功冲程,气体的内能必然下降.
6.如果不考虑气体分子间的引力,那么气体的内能就是气体内所有分子的总动能.我们知道温度是气体分子热运动的剧烈程度的度量,也就是分子平均动能的度量.由于做功冲程中气体分子的数量并没有改变,那么总动能的下降就意味着平均动能的下降,故气体温度会下降.
7.如果考虑气体分子间的引力,那么随着气体的膨胀,分子间的平均距离增大,分子间的平均引力势能增大【注:分之间引力势能永远为负值,相距无穷远时为零.在这里即是从一个比较大的负值增加到一个比较小的负值】.气体内能下降,其中的总的引力势能又上升,那么另一部分即总的动能必然下降更多,在这种情形下,显然温度降低更多.
8.进一步思考的提示,理解上文无困难时可阅读下文
实际上7中所说的温度降低更多是不准确的.实际情况是,当温度降到一定程度时就不能再做功了,即做功冲程终止,可以比较一下两种情况的效率有何不同.
实际过程还要考虑散热,对过程有何影响