Logo
Logo

Воздух в двигателе автомобиля

Условие

Автомобиль получает энергию за счёт сжигания смеси воздуха и бензина в цилиндрах его двигателя, причём выделяемая двигателем мощность прямо пропорциональна количеству воздуха, попадающего в цилиндры. Чтобы увеличить мощность, многие автомобили оснащают турбокомпрессорами, способными сжать воздух. Чтобы увеличить количество попадающего в цилиндры воздуха ещё больше, используют интеркулеры, позволяющие уменьшить его температуру. Рассмотрим типичный двигатель. Давление воздуха перед попаданием в турбокомпрессор равно атмосферному $p_0=1.01\cdot10^5 \text{Па}$, а его температура $T_0=15 ^{\circ}\text{C}$. При прохождении через него порция воздуха адиабатически сжимается до давления $p_1=1.45\cdot10^5 \text{Па}$. Затем при прохождении интеркулера порция воздуха изобарически охлаждается до исходной температуры $T_0$, после чего полностью заполняет цилиндр. Считайте воздух идеальным газом. Известны объём цилиндра $V_0=400 \text{см}^3$, молярная масса воздуха $M=29.0 \frac{\text{г}}{\text{моль}}$ и его показатель адиабаты $\gamma=\frac{7}{5}$. Универсальная газовая постоянная равна $R=8.31 \frac{\text{Дж}}{\text{моль}\cdot\text{К}}$.

1 Найдите массу воздуха $m_1$, попадающую в цилиндр. Во сколько раз $R_1$ мощность двигателя будет превышать таковую в отсутствие турбокомпрессора и интеркулера?

2 Найдите массу воздуха $m_2$, попадающую в цилиндр в отсутствие интеркулера. Во сколько раз $R_2$ мощность двигателя, снабжённого только турбокомпрессором, будет превышать таковую у двигателя без него?

3 Для порции газа, проходящей через турбокомпрессор и интеркулер, найдите изменение её энтропии $\Delta S$ и работу $W$, совершённую над ней внешними силами.