Выясните по справочникам, сколько топлива расходуют в час современные автомобили, и по этим данным определите мощность их двигателей. Сделайте доклад в классе.

Получай решения и ответы с помощью нашего бота

Решение

reshalka.com

ГДЗ Физика 7-9 классы сборник вопросов и задач к учебнику Перышкина автор Марон. Энергия топлива. Удельная теплота сгорания. Номер №768

Решение

Расход топлива − количество израсходованного автомобилем топлива. В настоящие время является одной из важных характеристик автомобиля и его двигателя.
Транспортные организации и компании устанавливают предельно−допустимый уровень потребления топлива при эксплуатации транспортных средств. При этом различают базовый уровень расхода и расчётно−нормативный уровень расхода. Базовый уровень расхода топлива определяется для транспортного средства по стандартной методике и устанавливает норму расходования при обычных условиях использования. Расчётно−нормативный уровень расхода учитывает конкретные условия эксплуатации транспортного средства, а также другие факторы, в частности, ремонт. При этом, в состав норм не включаются расходы топлива на гаражные, технические и другие хозяйственные нужды, которые устанавливаются отдельно.
Допустим современный автомобиль расходует 6 литров на 100 км при скорости 90 км/ч. Расход бензина за час − 6 литров. Определим количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива (бензина):
Q = qm = qρV;
$Q = 46 * 10^{6}$ Дж/кг * 710 $кг/м^{3}$ * 0,006 $м^{3}$ = $195,96 * 10^{6}$ Дж.
$N = \frac{Q}{t}$;
$N = \frac{195,96 * 10^{6}}{3600} = 54433$ Вт;
$η = \frac{N_{п}}{N_{з}}$ * 100%;
$N_{п} = \frac{η * N_{з}}{100}$;
КПД бензинового двигателя около 30%.
$N_{п} = \frac{30 * 54433}{100} = 16329,9$ Вт или 22,2 л.с.
Полученное значение не является максимальной мощностью двигателя.

Теория по заданию

Для решения задачи по определению мощности двигателей современных автомобилей на основе расхода топлива, важно хорошо понимать несколько физических и технических концепций. Давайте подробно разберем теорию.

Энергия топлива и теплота сгорания:
- При сгорании топлива выделяется энергия, которая затем преобразуется в механическую работу двигателя.
- Количество энергии, выделяемой при сгорании единицы топлива, называется удельной теплотой сгорания топлива. Например:
- Для бензина: $ q \approx 44 \, \text{МДж/кг} $ (мегаджоулей на килограмм).
- Для дизельного топлива: $ q \approx 42.5 \, \text{МДж/кг} $.
- Эти значения можно найти в справочной литературе, и они дают представление о том, сколько энергии содержится в определенном количестве топлива.
Коэффициент полезного действия (КПД) двигателя:
- Двигатель не может преобразовать всю энергию топлива в полезную механическую работу — значительная часть энергии теряется в виде тепла, трения и других потерь.
- КПД двигателя показывает, какая доля энергии топлива преобразуется в механическую энергию. Для современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания:
- КПД бензинового двигателя составляет около $ 25\% $ ($ \eta = 0.25 $).
- КПД дизельного двигателя чуть выше, около $ 30-40\% $ ($ \eta = 0.3 - 0.4 $).
Расход топлива:
- Автомобили расходуют топливо в зависимости от условий: скорости, нагрузки, дорожного покрытия и других факторов.
- Средний расход топлива современных автомобилей обычно измеряется в литрах на 100 км (л/100 км). Например:
- Для легкового автомобиля с бензиновым двигателем: $ 5-10 \, \text{л/100 км} $.
- Для легкового автомобиля с дизельным двигателем: $ 4-8 \, \text{л/100 км} $.
- Чтобы узнать расход топлива в час, нужно учитывать скорость автомобиля. Например, на скорости $ 100 \, \text{км/ч} $ автомобиль с расходом $ 5 \, \text{л/100 км} $ тратит около $ 5 \, \text{л/ч} $.
Перевод единиц:
- Чтобы рассчитать мощность, важно перевести литры топлива в килограммы.
- Плотность бензина составляет примерно $ 0.75 \, \text{кг/л} $, а дизельного топлива — $ 0.85 \, \text{кг/л} $.
- Таким образом, если расход топлива в час составляет, например, $ 6 \, \text{л/ч} $, то масса сгоревшего бензина будет $ 6 \times 0.75 = 4.5 \, \text{кг/ч} $.
Формула для мощности двигателя:
- Мощность, выделяемая топливом, можно рассчитать по формуле: $$ P_{\text{топлива}} = q \cdot \dot{m}, $$ где $ q $ — удельная теплота сгорания топлива ($ \text{Дж/кг} $), а $ \dot{m} $ — масса топлива, сгорающего в секунду ($ \text{кг/с} $).
- Чтобы найти мощность, преобразованную в полезную работу (то есть мощность двигателя), учитываем КПД: $$ P_{\text{двигателя}} = \eta \cdot P_{\text{топлива}}. $$
Примеры применения:
- Если известен расход топлива автомобиля (например, 5 литров в час) и плотность топлива, можно найти массу сгоревшего топлива в час, а затем рассчитать мощность двигателя.
- Для бензинового двигателя с расходом $ 5 \, \text{л/ч} $, плотностью $ 0.75 \, \text{кг/л} $, удельной теплотой сгорания $ 44 \, \text{МДж/кг} $ и КПД $ 0.25 $:
- Масса топлива: $ 5 \, \text{л/ч} \times 0.75 \, \text{кг/л} = 3.75 \, \text{кг/ч} $.
- Энергия топлива в час: $ 3.75 \times 44 = 165 \, \text{МДж/ч} $.
- Энергия в секунду (мощность топлива): $ 165 \, \text{МДж/ч} \div 3600 \, \text{с} = 45.83 \, \text{кВт} $.
- Мощность двигателя: $ 45.83 \, \text{кВт} \times 0.25 = 11.46 \, \text{кВт} $.
Итоги:
- Этот подход позволяет связать расход топлива автомобиля и его мощность.
- Для доклада в классе вы можете рассчитать мощность двигателей разных автомобилей (с бензиновыми и дизельными двигателями) в зависимости от их расхода топлива.

Обязательно уточняйте параметры для конкретной задачи, такие как расход топлива, тип топлива и плотность. Можно также привести примеры легковых автомобилей и их характеристики из справочников для наглядности.