Bài 28: Động cơ nhiệt

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Động cơ nhiệt

Động cơ nhiệt là động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành cơ năng.

Động cơ máy hơi nước

Động cơ chạy bằng xăng, dầu ma dút của xe máy

Động cơ chạy bằng nhiên liệu đặc biệt của tên lửa

2. Động cơ nổ bốn kì

a) Cấu tạo

Động cơ gồm xilanh, trong có pittong (3) được nối với tay quay (5) và trục bằng biên (4). Trên trục quay có gắn vô lăng (6). Phía trên xilanh có hai van (1) và (2) tự động đóng và mở khi pittong chuyển động. Ở trên xilanh có bugi (7) để bật tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu trong xilanh.

b) Chuyển vận

Động cơ hoạt động có 4 kì:

   + Kì thứ nhất: Hút nhiên liệu.

   + Kì thứ hai: Nén nhiên liệu.

   + Kì thứ ba: Đốt nhiên liệu, sinh công.

   + Kì thứ tư: Thoát khí đã cháy, đồng thời tiếp tục hút nhiên liệu vào xilanh, chuẩn bị trở lại kì thứ nhất.

3. Hiệu suất của động cơ nhiệt

Hiệu suất của động cơ nhiệt: 

Trong đó:

A là công có ích do máy tạo ra (J)

Q là nhiệt lượng tỏa ra của nhiên liệu bị đốt cháy (J)

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Tính quãng đường, vận tốc và hiệu suất của động cơ

Ta có công thức thực hiện công của động cơ:

Nhiệt lượng tỏa ra của nhiên liệu để sinh công đó:

Với

P là công suất (W)

s là quãng đường (m)

v là vận tốc (m/s)

Q là nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra (J)

III: BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Bài 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.

Đáp án

Bài 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.

Bài 3: Một ô tô chạy 100 km với lực kéo không đổi là 700 N thì tiêu thụ hết 6 lít xăng. Hiệu suất của động cơ ô tô đó là bao nhiêu? Biết năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,6.10⁷ J/kg, khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m³.

A. 86%         B. 52%         C. 40%         D. 36,23%

6 lít = 6 dm³ = 6.10^-3 m³

- Công có ích mà ô tô thực hiện:

A = F.s = 700.100.10³ = 7.10⁷ J

- Nhiệt lượng do 6 lít xăng tỏa ra:

Q_tỏa = m.q = D.V.q = 700.6.10^-3.4,6.10⁷ = 19,32.10⁷ J

- Hiệu suất của động cơ ô tô đó:

⇒ Đáp án D

Bài 4: 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.

Bài 5: Biểu thức nào sau đây xác định 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.

Đáp án

Bài 7: 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.

A. 24,46%         B. 2,45%         C. 15,22%         D. 1,52%

Khối lượng nước được đưa lên là:

m = D.V = 1000.900 = 9.10⁵ kg

Trọng lượng của nước:

P = 10.m = 10.9.10⁵ = 9.10⁶ N

Công có ích: A = P.h = 9.10⁶.10 = 9.10⁷ J

Nhiệt lượng do 8 kg dầu tỏa ra là:

Q_tỏa = m.q = 8.4,6.10⁷ = 36,8.10⁷ J

Hiệu suất của động cơ máy bơm là:

⇒ Đáp án A

Bài 8: 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.

A. 100,62 km          B. 63 km         C. 45 km         D. 54 km

Nhiệt lượng do 2 lít xăng tỏa ra là:

Q_tỏa = m.q = D.V.q = 700.2.10^-3.4,6.10⁷ = 6,44.10⁷ J

Ta có: H = A/Q

⇒ Công có ích của động cơ: A = H.Q = 0,25.6,44.10⁷ = 1,61.10⁷ J

Ta có: P = A/t

⇒ Thời gian xe máy đã đi là:

Quãng đường xe máy đi được: s = v.t = 45.1,4 = 63 km

⇒ Đáp án B

IV: BÀI TẬP TỰ LUẬN

Bài 9: 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.

Đáp án

Ta có: Q = q.m = 4,6.10⁷.1000 = 46.10⁹ J

A = Q.H = 46.10⁹.0,32 = 1472.10⁷ J

Thời gian máy bay được là:

Bài 10: 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.

Đáp án

Ta có:

2 km/h = 20 m/s

s = 200 km = 2.10⁵ m

P = 20 kW = 2.10⁴ W

V = 20 lít = 0,02 m³

Áp dụng công thức:

Q = m.q = D.V.q = 0,7.10³.0,02.4,6.10⁷ = 644.10⁶ J

Hiệu suất của động cơ ô tô là:

Vậy H = 31%.