Bài 28: Động cơ nhiệt (Vật lý 8 học kì 2)

Trong bài viết này, HOCMAI muốn gửi tới các em học sinh khối 8 bài Bài 28: Động cơ nhiệt nằm trong chương trình Vật lý 8. Bài soạn chứa đầy đủ những kiến thức, lý thuyết, bài tập (kèm đáp án và cách giải chi tiết) của bài học này. Các em học sinh tham khảo nhé!

Bài viết tham khảo thêm:

• Bài 25: Phương trình cân bằng nhiệt
• Bài 26: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu
• Bài 27: Sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT VẬT LÝ 8 BÀI 28: ĐỘNG CƠ NHIỆT

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 và chuyển hoá trở thành cơ năng.

Động cơ nhiệt là động cơ mà đã được nhân loại sử dụng rộng rãi nhất ngày nay, bao gồm từ những động cơ hoạt động bằng xăng hoặc dầu mazut của ô tô, xe máy, máy bay, tàu thủy, tàu hỏa,… đến những động cơ chạy bằng những nhiên liệu đặc biệt của con tàu vũ trụ, của tên lửa, động cơ hoạt động bằng năng lượng nguyên tử của tàu phá băng, tàu ngầm, nhà máy điện nguyên tử…

II – Động cơ nổ 4 kỳ là gì?

1. Khái niệm của động cơ nổ 4 kỳ

Động cơ 4 kỳ gồm bốn hành trình riêng biệt là: kỳ nạp, kỳ nén, kỳ nổ, kỳ xả được thực hiện khi piston dịch chuyển lên xuống trong một chu kỳ làm việc.

Động cơ 4 kỳ nổi bật nhờ khả năng tiết kiệm nguyên liệu, tăng tuổi thọ, momen công suất lớn, lượng khí thải ra môi trường ít.

2. Cấu tạo của động cơ nổ 4 kỳ

Động cơ gồm có: xilanh, bên trong có pittông (3) được nối với trục bởi biên (4) và tay quay (5). Trên trục quay có gắn một cái vô lăng (6). Trên xilanh có gắn 2 van đóng (1) và mở (2) tự động, có bugi (7) để bật được tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu.

3. Chuyển vận trong động cơ nổ 4 kỳ:

Động cơ hoạt động gồm 4 kỳ: Hút, Nén, Nổ, Xả

– Kỳ thứ nhất (a) ⇒ Hút nhiên liệu (Hút)

– Kỳ thứ hai (b) ⇒ Nén nhiên liệu (Nén)

– Kỳ thứ ba (c) ⇒ Đốt nhiên liệu, sinh công. (Chỉ có kỳ thứ ba mới sinh công) (Nổ)

– Kỳ thứ tư (d) ⇒ Thoát khí đã cháy, đồng thời quay lại chu kỳ 1 tiếp tục hút nhiên liệu. . . (Xả)

III – Hiệu suất của động cơ nhiệt

Hiệu suất của động cơ nhiệt bằng:

H = A/Q

Trong đó:

A: Công có ích (J)

Q: Nhiệt lượng tỏa ra của nhiên liệu đã bị đốt cháy (J)

B. GIẢI BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 8 BÀI 28: ĐỘNG CƠ NHIỆT

Bài C1 (trang 99 | SGK Vật Lý 8):

Ở động cơ nổ 4 kỳ cũng như ở bất kỳ động cơ nhiệt khác, có phải toàn bộ nhiệt lượng của nhiên liệu sẽ bị đốt cháy và tỏa ra đều được biến thành công có ích không? Tại vì sao?

Lời giải:

Ở động cơ nổ 4 kì cũng như ở bất kì động cơ nhiệt khác, không phải là toàn bộ nhiệt lượng của nhiên liệu bị đốt cháy và tỏa ra được được biến thành công có ích đâu. Một phần nhiệt lượng của nhiên liệu đã bị đốt cháy thì được truyền cho những bộ phận của động cơ nhiệt làm cho những bộ phận này nóng lên, đồng thời một phần nữa theo đường khí thải thoát ra bên ngoài khí quyển làm cho khí quyển cũng nóng lên.

Bài C2 (trang 99 | SGK Vật Lý 8):

Trong thực tế thì chỉ có khoảng từ 30% cho đến 40% nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra sẽ được biến thành công có ích thôi. Người ta nói những động cơ nhiệt sẽ có hiệu suất vào khoảng từ 30% đến 40% và sau đó đưa ra công thức tính hiệu suất:

Em hãy phát biểu định nghĩa hiệu suất của động cơ nhiệt và nêu tên đơn vị của các đại lượng có mặt trong biểu thức trên.

Lời giải:

Hiệu suất của động cơ nhiệt được xác định bởi tỉ số giữa phần nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra và phần nhiệt lượng được chuyển hóa thành công cơ học.

Trong biểu thức trên:

A ký hiệu cho công mà động cơ thực hiện được. Công này có độ lớn bằng với phần nhiệt lượng đã chuyển hóa thành công. Đơn vị của A là: Jun (J).

Q ký hiệu cho phần nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra. Đơn vị của Q là: Jun (J).

Bài C3 (trang 99 | SGK Vật Lý 8):

Những loại máy cơ đơn giản đã được học ở lớp 6 có phải là động cơ nhiệt hay không? Vì sao?

Lời giải:

Những loại máy cơ đơn giản đã được học ở lớp 6 không phải là động cơ nhiệt bởi vì trong quá trình hoạt động của những máy này không có sự chuyển hóa năng lượng từ nhiên liệu thô bị đốt cháy thành cơ năng.

Bài C4 (trang 99 | SGK Vật Lý 8):

Hãy nêu tên những loại dụng cụ có sử dụng động cơ nổ 4 kì mà em đã biết.

Lời giải:

Một số dụng cụ sử dụng động cơ nổ 4 kì như là: Một vài loại động cơ ô tô, một vài loại động cơ xe máy, máy nổ của nhà máy nhiệt điện,…

Bài C5 (trang 99 | SGK Vật Lý 8):

Theo em, động cơ nhiệt có thể gây ra những tác hại nghiêm trọng nào với môi trường sống?

Lời giải:

Những tác hại:

– Ô nhiễm môi trường bởi khí thải của những động cơ có nhiều chất độc.

– Ô nhiễm tiếng ồn.

– Nhiệt lượng do động cơ thải ra đã góp phần làm tăng nhiệt độ của bầu khí quyển.

Bài C6 (trang 99 | SGK Vật Lý 8):

Một chiếc ô tô chạy được quãng đường dài 100km với lực kéo trung bình bằng 700 N, tiêu thụ hết tôgnr 5 lít xăng (khoảng 4kg). Hãy tính hiệu suất của động cơ ô tô.

Tóm tắt:

S = 100 km = 100000 m; F = 700 N

m = 4 kg.

Hiệu suất H = ?

Lời giải:

Công động cơ xe ô tô thực hiện là:

A = F.S = 700 . 100000 = 7 . 10^7 J

Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy đã tỏa ra là:

Q = m.q = 4. 46 . 10^6 = 18,4 . 10^7 J

Hiệu suất của động cơ ô tô bằng:

C. GIẢI SÁCH BÀI TẬP VẬT LÝ 8 BÀI 28: ĐỘNG CƠ NHIỆT

Bài 28.1 (trang 77 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Động cơ nào bên dưới đây không phải là động cơ nhiệt?

A)Động cơ trong máy bay phản lực.

B)Động cơ trong xe máy Honda.

C)Động cơ chạy máy phát điện trong nhà máy thủy điện Sông Đà.

D)Động cơ chạy máy phát điện trong nhà máy nhiệt điện.

Lời giải:

Chọn C

Bài 28.2 (trang 77 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Câu nào cho dưới đây nói về hiệu suất của động cơ điện?

A)Hiệu suất cho biết được động cơ yếu hay mạnh..

B)Hiệu suất cho biết được động cơ thực hiện công chậm hay nhanh.

C)Hiệu suất cho biết được nhiệt lượng tỏa ra khi 1kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn ở trong động cơ.

D)Hiệu suất cho biết được có bao nhiêu phần trăm nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra được chuyển thành công có ích.

Lời giải:

Chọn D

Bài 28.3 (trang 77 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Một chiếc ô tô chạy 100km với lực kéo không đổi bằng 700N thì tiêu thụ hết được 6 lít xăng. Tính hiệu suất động cơ của chiếc ô tô đó. Biết năng suất tỏa nhiệt của xăng bằng 4,6.107 J/kg; khối lượng riêng của xăng bằng 700kg/m³.

Tóm tắt:

s = 100 km = 100000 m; F = 700N;

Xăng: V = 6 lít = 0,006m³; D = 700kg/m³; q = 4,6.107 J/kg.

Hiệu suất H = ?

Lời giải:

Khối lượng của 6 lít xăng bằng: m = V.D = 0,006.700 = 4,2 kg

Công mà chiếc ô tô thực hiện là: A = F.s = 700.100000 = 7 . 10^7 J

Nhiệt lượng mà do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra là:

Q = m.q = 4,2 . 4 . 6 . 10^7 = 19,32 . 10^7 J

Hiệu suất của chiếc động cơ ô tô là:

Bài 28.4 (trang 77 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Một chiếc máy bơm nước sau khi đã tiêu thụ hết 8kg dầu thì có thể đưa được 700m³ nước lên cao 8m. Tính hiệu suất của chiếc máy bơm đó. Biết rằng năng suất tỏa nhiệt của dầu sử dụng cho máy bơm này chính là 4,6.107 J/kg.

Tóm tắt:

Dầu: m = 8kg; q = 4,6 . 10^7 J/kg.

Nước: V = 700m³ ↔ mn = 700000 kg; h = 8m

Hiệu suất H = ?

Lời giải:

Công mà chiếc máy bơm thực hiện được:

A = P.h = 10.m.h = 10 . 700000 . 8 = 56 . 10^6 J

Nhiệt lượng do dầu bị đốt cháy tỏa ra:

Q = m.q = 8 . 4,6 . 10^7 = 368 . 10^6 J

Hiệu suất của máy bơm:

Bài 28.5 (trang 77 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Với 2 lít xăng, một chiếc xe máy có công suất bằng 1,6 kW chuyển động với vận tốc bằng 36km/h sẽ đi được bao nhiêu km? Biết hiệu suất của động cơ bằng 25%; năng suất tỏa nhiệt của xăng bằng 4,6.107 J/kg; khối lượng riêng của xăng bằng 700kg/m³.

Tóm tắt:

Xăng: V = 2 lít = 0,002m³; q = 4,6 . 107 J/kg; D = 700kg/m³

Xe máy: Công suất P = 1,6kW = 1600W; v = 36 km/h = 10 m/s

Hiệu suất H = 25% = 0,25

Quãng đường S = ?

Lời giải:

Nhiệt lượng tỏa ra do xăng bị đốt cháy là:

Q = q.m = q.D.V = 4,6 . 10^7 . 700 . 0,002 = 6,44 . 10^7 J

Công mà động cơ xe máy thực hiện được:

A = Q.H = 6,44 . 10^7 . 0,25 = 1,61 . 10^7 J

Từ công thức tính công suất:

Quãng đường chiếc xe đi được: S = v.t = 10.10062,5 = 100625 m = 100,625 km

Bài 28.6 (trang 77 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Động cơ của một chiếc máy bay có hiệu suất 30% và công suất 2 . 10^6 W. Hỏi với 1 tấn xăng thì máy bay có thể bay được trong bao lâu? Biết năng suất tỏa nhiệt của xăng bằng 4,6 . 10^7 J/kg.

Tóm tắt:

Xăng: m = 1 tấn = 1000kg; q = 4,6.10^7 J/kg

Động cơ: Công suất P = 2.10^6 W; H = 30% = 0,3

Thời gian bay t = ? (h)

Lời giải:

Nhiệt lượng tỏa ra khi xăng bị đốt cháy là:

Q = q.m = 4,6 . 10^7 . 1000 =  4600 . 10^7 J

Công mà chiếc máy bay đã thực hiện được là:

A = Q.H = 4600 . 10^7 . 0,3 = 1380 . 10^7 J

Thời gian máy bay bay được bằng:

Bài 28.7 (trang 77 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Tính hiệu suất của một động cơ ô tô biết rằng khi chiếc ô tô chuyển động với vận tốc 72 km/h thì động cơ sẽ có công suất 20kW và tiêu thụ hết 20 lít xăng để chạy 200km.

Tóm tắt:

Xăng: V = 20 lít = 0,02m³; q = 4,6 . 10^7 J/kg

Động cơ: Công suất P = 20kW = 20000W; v = 72km/h = 20m/s

S = 200 km = 200000 m

Hiệu suất H = ?

Lời giải:

Nhiệt lượng tỏa ra khi xăng bị đốt cháy là:

Q = q.m = D.V.q = 700 . 0,02 . 4,6 . 10^7 = 644 . 10^6 J

Công chiếc ô tô thực hiện được:

Hiệu suất động cơ ô tô:

Bài 28.8 (trang 77 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Gọi H là hiệu suất của động cơ nhiệt, Q là nhiệt lượng toàn phần tỏa ra bởi nhiên liệu bị đốt cháy, A là công động cơ đã thực hiện được, Q1 là phần nhiệt lượng có ích, Q2 là phần nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh. Công thức để tính hiệu suất nào dưới đây là đúng?

Lời giải:

Chọn C

Bài 28.9 (trang 78 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Các kỳ của động cơ nổ bốn kỳ 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.

Lời giải:

Chọn D

Bài 28.10 (trang 78 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Từ công thức H = A/Q, ta suy ra được rằng đối với một chiếc xe ô tô chạy bằng động cơ nhiệt thì:

A)Công mà động cơ sinh ra có tỉ lệ với khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy.

B)Công suất của động cơ có tỉ lệ với khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy.

C)Vận tốc của xe có tỉ lệ với khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy.

D)Quãng đường xe đi được có tỉ lệ với khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy.

Lời giải:

Chọn A.

Bài 28.11 (trang 78 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Người ta sử dụng một chiếc máy hơi nước với hiệu suất 10% để đưa nước lên đến độ cao 9m. Sau 5 giờ chiếc máy bơm được 720m³ nước. Tính:

a) Công suất có ích của máy bơm.

b) Lượng than đá đã tiêu thụ. Biết rằng năng suất tỏa nhiệt của than đá bằng 27.10^6 J/kg.

Tóm tắt:

Máy hơi nước: H = 10% = 0,1;

Nước: V = 720m³ ↔ m = 720000 kg; h = 9m

t = 5 giờ = 5.3600s = 18000s

a) Pích = Pi = ?

b) Than đá: q = 27.10^6 J/kg; mthan = ?

Lời giải:

a) Công có ích của chiếc máy để đưa được nước lên độ cao 9m là:

Aci = 10.m.h = 10.720000.9 = 64 800 000 J

Công suất có ích của chiếc máy:

b, Ta có hiệu suất:

Nhiệt lượng than tỏa ra:

Lượng than tiêu thụ:

Bài 28.12 (trang 78 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Giải đáp ô chữ:

Hàng ngang

1) Tên của hình thức truyền nhiệt ở trong chân không.

2) Tên của hình thức truyền nhiệt chủ yếu ở trong chất rắn.

3) Tên của hình thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng.

4) Đại lượng nhiệt có cùng đơn vị với năng lượng.

5) Đại lượng cho biết được khả năng tỏa nhiệt của nhiên liệu lúc cháy.

6) Khi đến trạng thái này thì nhiệt độ của những vật trao đổi nhiệt với nhau đều bằng với nhau.

7) Tên của dạng năng lượng mà dễ dàng chuyển hóa được thành nhiệt năng.

8) Tên của một cách làm thay đổi nhiệt năng.

9) Đơn vị của đại lượng này là J/kg.K.

Hàng dọc được tô sẫm.

Tên dạng năng lượng thường gặp nhất ở trong chương II.

Lời giải:

Ô chữ hàng dọc: NHIỆT NĂNG

D. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÝ 8 BÀI 28: ĐỘNG CƠ NHIỆT

Vậy là các em học sinh khối 8 thân yêu đã cùng với HOCMAI soạn xong Bài 28: Động cơ nhiệt. Kiến thức thật thú vị và bổ ích phải không các em. Các em có thể tham khảo thêm thật nhiều bài học bổ ích nữa tại website hoctot.hocmai.vn.