Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 049750.12.01
К покупке доступен более свежий выпуск Перейти
В книге рассмотрены теоретические основы рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания, основные уравнения гидродинамики и карбюрации, факторы, влияющие на эффективные показатели двигателей. Изложены основы кинематики, динамики и уравновешивания поршневых ДВС. Во второй части рассмотрены вопросы динамики прямолинейного движения и поворота автомобиля, а также управляемость, проходимость и другие его эксплуатационные свойства. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 23.02.03. «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», также может быть использовано инженерно-техническим персоналом автомобильной специальности и студентами вузов.
5
47
225
Стуканов, В. А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля : учеб. пособие / В.А. Стуканов. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2019. — 368 с. — (Среднее профессиональное образование). - ISBN 978-5-8199-0770-2. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/988286 (дата обращения: 23.09.2023). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ 
АВТОМОБИЛЬНЫХ 

ДВИГАТЕЛЕЙ 

И АВТОМОБИЛЯ

В.А. Стуканов

Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации 

в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего 

профессионального образования, обучающихся по специальностям «Техническое 

обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» и «Механизация 

сельского хозяйства»

Москва 

ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М

2019

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК  629.3.027(075.32) 
ББК 39.33-08я723 
 
С88

Стуканов В.А.

С88 
 
Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля : учеб. 

пособие / В.А. Стуканов. — М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2019. — 
368 с. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-8199-0770-2 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013805-3 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-101654-1 (ИНФРА-М, online)

В книге рассмотрены теоретические основы рабочих процессов двига
телей внутреннего сгорания, основные уравнения гидродинамики и карбюрации, факторы, влияющие на эффективные показатели двигателей. 
Изложены основы кинематики, динамики и уравновешивания поршневых 
ДВС. Во второй части рассмотрены вопросы динамики прямолинейного 
движения и поворота автомобиля, а также управляемость, проходимость 
и другие его эксплуатационные свойства.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по спе
циальности «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», также может быть использовано инженерно-техническим персоналом автомобильной специальности и студентами вузов.

УДК 629.3.027(075.32) 

ББК 39.33-08я723

Р е ц е н з е н т ы:

нач. кафедры автомобильной подготовки Воронежского военного 

авиационного инженерного института, кандидат технических наук, 
профессор Ю.М. Пурусов; 

преподаватель Отраслевого автомобильного колледжа Мосавто
транса, действительный член Академии изобретательства Российской 
академии естественных наук, академик И.С. Туревский

ISBN 978-5-8199-0770-2 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013805-3 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-101654-1 (ИНФРА-М, online)

© Стуканов В.А., 2014
© ИД «ФОРУМ», 2014

Ââåäåíèå

Òàêîìó íàó÷íî-òåõíè÷åñêîìó äîñòèæåíèþ, êàê èçîáðåòåíèå àâòîìîáèëÿ, èñïîëíèëîñü 120 ëåò. Ñ òåõ ïîð êîíñòðóêöèÿ àâòîìîáèëÿ òàê
óñëîæíèëàñü, ÷òî äëÿ åãî ýêñïëóàòàöèè íåîáõîäèì òåõíè÷åñêè ïîäãîòîâëåííûé ïåðñîíàë.
Ãðàìîòíàÿ ýêñïëóàòàöèÿ àâòîìîáèëÿ ïðåäïîëàãàåò íå òîëüêî
çíàíèå åãî óñòðîéñòâà è òåõíè÷åñêîãî îáñëóæèâàíèÿ, íî è ïîíèìàíèå ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïîñðåäñòâîì êîòîðûõ ðàáîòàåò äàííîå
òðàíñïîðòíîå ñðåäñòâî.
Îñîáîå ìåñòî â êîíñòðóêöèè àâòîìîáèëÿ çàíèìàåò ñèëîâàÿ óñòàíîâêà, ò. å. äâãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ (ÄÂÑ).
Íà àâòîìîáèëüíîì òðàíñïîðòå ïðèìåíÿþòñÿ êàðáþðàòîðíûå è
äèçåëüíûå äâèãàòåëè, à òàêæå áåíçèíîâûå äâèãàòåëè ñ âïðûñêîì
òîïëèâà è ïðèíóäèòåëüíûì âîñïëàìåíåíèåì ðàáî÷åé ñìåñè.
Äîñòîèíñòâàìè êàðáþðàòîðíûõ äâèãàòåëåé ÿâëÿþòñÿ:
íåáîëüøèå ãàáàðèòíûå ðàçìåðû è ìàññà;
ëåãêèé ïóñê, îñîáåííî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ îêðóæàþùåé
ñðåäû;
íèçêèé óðîâåíü øóìà;
ïðîñòîòà è íèçêàÿ ñåáåñòîèìîñòü òîïëèâíîé àïïàðàòóðû;
áîëåå ïðîñòûå ðåãóëèðîâêè è òåõíè÷åñêîå îáñëóæèâàíèå.
Íåäîñòàòêàìè êàðáþðàòîðíûõ äâèãàòåëåé ÿâëÿþòñÿ:
íèçêàÿ ýêîíîìè÷íîñòü;
çíà÷èòåëüíîå çàãðÿçíåíèå îêðóæàþùåé ñðåäû;
âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó òîïëèâà;
íèçêèå äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè ïåðåìåííûõ ðåæèìàõ ðàáîòû;
çàâèñèìîñòü ðàáîòû ñèñòåìû ïèòàíèÿ îò ïîëîæåíèÿ äâèãàòåëÿ è àâòîìîáèëÿ;
âûñîêàÿ ïîæàðîîïàñíîñòü.
Ïî ñðàâíåíèþ ñ êàðáþðàòîðíûìè äâèãàòåëÿìè äèçåëè îáëàäàþò
çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêîé ýêîíîìè÷íîñòüþ, ìîãóò ðàáîòàòü (êðàòêîâðåìåííî) íà íåñòàíäàðòíûõ òîïëèâàõ, èìåþò âûñîêèå äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè.  äèçåëÿõ äîïóñêàåòñÿ ôîðñèðîâàíèå ìîùíîñòè ïóòåì íàääóâà.
Îñíîâíûå íåäîñòàòêè äèçåëåé:
áîëüøèå ãàáàðèòíûå ðàçìåðû è ìàññà;
ñëîæíàÿ è äîðîãàÿ òîïëèâíàÿ àïïàðàòóðà;
âûñîêèé óðîâåíü øóìà.

Áåíçèíîâûå äâèãàòåëè ñ âïðûñêîì òîïëèâà è ïðèíóäèòåëüíûì
âîñïëàìåíåíèåì ðàáî÷åé ñìåñè â çàâèñèìîñòè îò îðãàíèçàöèè ïðîöåññà ñìåñåîáðàçîâàíèÿ è èõ êîíñòðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé ìîãóò
ñî÷åòàòü â ñåáå ïîëîæèòåëüíûå ñâîéñòâà è êàðáþðàòîðíûõ äâèãàòåëåé è äèçåëåé.
Òåîðèÿ ÄÂÑ ðàçâèâàëàñü âìåñòå ñ äâèãàòåëåñòðîåíèåì. Ïðîôåññîð ÌÂÒÓ Â. È. Ãðèíåâåöêèé ðàçðàáîòàë ìåòîä òåïëîâîãî ðàñ÷åòà,
êîòîðûé
âïîñëåäñòâèè
áûë
ðàçâèò
è
äîïîëíåí
ïðîôåññîðîì
Å. Ê. Ìàçèíãîì,
÷ëåíîì-êîððåñïîíäåíòîì
ÀÍ
Í. Ð. Áðèëèíãîì,
àêàäåìèêàìè Á. Ñ. Ñòå÷êèíûì, Í. Ñ. Ñåìåíîâûì, À. Ñ. Ñîêîëèêîì,
À. Í. Âîèíîâûì.
Äèíàìèêà àâòîìîáèëÿ, åãî ìàíåâðåííîñòü è ïðîõîäèìîñòü çàâèñÿò íå òîëüêî îò óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè — äîðîã, òåìïåðàòóðû âîçäóõà, ñèëû âåòðà, íî è îò êîíñòðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé àâòîìîáèëÿ —
äâèãàòåëÿ, ñèëîâîé ïåðåäà÷è, ïîäâåñêè, êîëåñ. Ó îäíèõ àâòîìîáèëåé
ýòè ýëåìåíòû äîñòàòî÷íî ïðîñòû, ó äðóãèõ îíè ñëîæíåå è ðàáîòàþò
â ñëîæíûõ è ÷àñòî ìåíÿþùèõñÿ óñëîâèÿõ. Ïîýòîìó òåîðèÿ àâòîìîáèëÿ âêëþ÷àåò â ñåáÿ òåîðèþ äâèæåíèÿ ñàìîãî àâòîìîáèëÿ è òåîðèþ ðàáîòû îòäåëüíûõ åãî ýëåìåíòîâ.
Ôîðìèðîâàíèå òåîðèè àâòîìîáèëåé êàê íàóêè ïðèíàäëåæèò
àêàäåìèêó Å. À. ×óäàêîâó, êîòîðûé â 1935 ã. âûïóñòèë ïåðâûé ó÷åáíèê «Òåîðèÿ àâòîìîáèëÿ».  1932—1939 ãã. ïðîôåññîðà Ã. Â. Çèìåëåâ è Á. Ñ. Ôàëüêåâè÷ ðàçâèëè è óãëóáèëè äàííóþ íàóêó.  äàëüíåéøåì
â
òåîðèþ
àâòîìîáèëÿ
âíåñëè
ñâîé
âêëàä
Í. À. ßêîâëåâ,
À. Ñ. Ëèòâèíîâ, Â. À. Èëàðèîíîâ, ß. Å. Ôàðîáèí è ðÿä äðóãèõ ó÷åíûõ.
Ñîâðåìåííûé ýòàï ðàçâèòèÿ òåîðèè àâòîìîáèëÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ
óãëóáëåííûì èçó÷åíèåì îòäåëüíûõ åãî ñîñòàâëÿþùèõ è ýêñïëóàòàöèîííûõ ñâîéñòâ àâòîìîáèëÿ, îïòèìèçàöèåé èõ ïîêàçàòåëåé è òåõíè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ, ÷òî ïîçâîëÿåò åùå íà ñòàäèè ïðîåêòèðîâàíèÿ
ñîçäàâàòü íàèáîëåå ðàöèîíàëüíûå êîíñòðóêöèè àâòîìîáèëåé è îáåñïå÷èòü ìàêñèìàëüíóþ ýôôåêòèâíîñòü èõ ïðèìåíåíèÿ.
 äàííîé êíèãå ïðèâîäÿòñÿ îñíîâû òåîðèè ÄÂÑ è àâòîìîáèëÿ,
êîòîðûå ïîçâîëÿò ó÷àùèìñÿ ðàñøèðèòü ñâîå ïðåäñòàâëåíèå îá àâòîìîáèëå â öåëîì.

4
Ââåäåíèå


×ÀÑÒÜ I
ÎÑÍÎÂÛ ÒÅÎÐÈÈ ÀÂÒÎÌÎÁÈËÜÍÛÕ
ÄÂÈÃÀÒÅËÅÉ

Ãëàâà 1
ÎÑÍÎÂÛ ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÎÉ ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈÊÈ

1.1. Ïîíÿòèå î òåðìîäèíàìè÷åñêîì ïðîöåññå

1.1.1. Ðàáî÷åå òåëî è ïàðàìåòðû åãî ñîñòîÿíèÿ

Âñÿêàÿ òåïëîâàÿ ìàøèíà ïðèâîäèòñÿ â äåéñòâèå âñëåäñòâèå ïðîèñõîäÿùåãî â íåé èçìåíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà, íàçûâàåìîãî ðàáî÷èì òåëîì èëè ðàáî÷èì àãåíòîì.
Ñîâîêóïíîñòü òåë, íàõîäÿùèõñÿ â òåïëîâîì è ìåõàíè÷åñêîì
âçàèìîäåéñòâèè äðóã ñ äðóãîì è îêðóæàþùåé ñðåäîé, íàçûâàåòñÿ
òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñèñòåìîé.
Ðàáî÷åå òåëî îïðåäåëÿåò òèï è íàçíà÷åíèå òåïëîâîé ìàøèíû.
Òàê ó ïàðîâîé ìàøèíû ðàáî÷èì òåëîì ÿâëÿåòñÿ âîäÿíîé ïàð, ó
ïîðøíåâûõ äâèãàòåëåé âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ è ãàçîòóðáèííûõ äâèãàòåëåé — ïðîäóêòû ñãîðàíèÿ òîïëèâà, ó êîìïðåññîðîâ õîëîäèëüíûõ
ìàøèí ðàáî÷èì àãåíòîì ÿâëÿåòñÿ ïàð àììèàêà, ôðåîíà è ò. ä. Äëÿ
ðàñ÷åòà òåðìîäèíàìè÷åñêîãî àíàëèçà ðàáîòû òåïëîâîé ìàøèíû íåîáõîäèìî çíàòü òåðìîäèíàìè÷åñêèå ñâîéñòâà ðàáî÷åãî òåëà.
Íàèáîëåå ýôôåêòèâíûìè ðàáî÷èìè òåëàìè äëÿ òåïëîâûõ ìàøèí
ÿâëÿþòñÿ ãàçû è ïàðû, îáëàäàþùèå íàèáîëüøèì êîýôôèöèåíòîì
îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ.
 òåõíè÷åñêîé òåðìîäèíàìèêå â êà÷åñòâå ðàáî÷åãî òåëà ïðèíèìàåòñÿ èäåàëüíûé ãàç — óñëîâíîå ãàçîîáðàçíîå âåùåñòâî, ñèëàìè
âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè êîòîðîãî ïðåíåáðåãàþò.
 ðåàëüíûõ æå ãàçàõ ó÷èòûâàþòñÿ ñèëû ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè, à ìîëåêóëû èìåþò îáúåì. Åñëè ðåàëüíûå ãàçû ñèëüíî
ðàçðÿæåíû, èõ ñâîéñòâà áëèçêè ê ñâîéñòâàì èäåàëüíîãî ãàçà.
 êà÷åñòâå èäåàëüíûõ ãàçîâ ìîãóò ðàññìàòðèâàòü òàêèå ãàçû, êàê
àçîò, ãåëèé, âîäîðîä.

 îáùåì ñëó÷àå äëÿ òåïëîòåõíè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ âïîëíå äîïóñòèìî ðàñïðîñòðàíåíèå ñâîéñòâ èäåàëüíîãî ãàçà íà âñå ðàññìàòðèâàåìûå ãàçû. Ýòî ïîçâîëÿåò óïðîñòèòü ìàòåìàòè÷åñêèå âûðàæåíèÿ çàêîíîâ òåðìîäèíàìèêè.
Î÷åâèäíî, ÷òî îäíî è òî æå âåùåñòâî ïðè ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ
ìîæåò íàõîäèòüñÿ â ðàçëè÷íûõ ñîñòîÿíèÿõ.
Äëÿ òîãî ÷òîáû îïðåäåëèòü êîíêðåòíûå ôèçè÷åñêèå óñëîâèÿ,
ïðè êîòîðûõ ðàññìàòðèâàåòñÿ äàííîå âåùåñòâî è òåì ñàìûì îäíîçíà÷íî îïðåäåëèòü åãî ñîñòîÿíèå, ââîäÿòñÿ ïàðàìåòðû ñîñòîÿíèÿ
âåùåñòâà.
Ïàðàìåòðàìè ñîñòîÿíèÿ ãàçà íàçûâàþòñÿ âåëè÷èíû, õàðàêòåðèçóþùèå äàííîå ñîñòîÿíèå ãàçà.
Ê ïàðàìåòðàì ñîñòîÿíèÿ ãàçà îòíîñÿòñÿ àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà, àáñîëþòíîå äàâëåíèå, óäåëüíûé îáúåì, âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ, ýíòðîïèÿ, ýíòàëüïèÿ è äð. Àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà, àáñîëþòíîå äàâëåíèå è
óäåëüíûé îáúåì ÿâëÿþòñÿ îñíîâíûìè ïàðàìåòðàìè ãàçîîáðàçíîãî
âåùåñòâà.

Àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà

Òåìïåðàòóðà ãàçà ñëóæèò ìåðîé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë ãàçà è õàðàêòåðèçóåò ñòåïåíü åãî íàãðåâà.
Òåìïåðàòóðó ãàçà èçìåðÿþò ïðèáîðàìè, îñíîâàííûìè íà òåõ èëè
èíûõ ñâîéñòâàõ âåùåñòâà, ìåíÿþùèõñÿ ñ èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû.
Ýòè ïðèáîðû èìåþò ãðàäóèðîâêó, ò. å. òåìïåðàòóðíóþ øêàëó.
Ñîçäàòåëåì ïåðâîãî òàêîãî ïðèáîðà — òåðìîìåòðà áûë íåìåöêèé ó÷åíûé Ôàðåíãåéò, êîòîðûé çà íà÷àëî øêàëû ïðèíÿë óðîâåíü,
ñîîòâåòñòâóþùèé òåìïåðàòóðå òàÿíèÿ ñìåñè, ñîñòîÿùåé èç ðàâíûõ
ìàññ íàøàòûðÿ è òàþùåãî ëüäà. Âåðõíåé òî÷êîé áûë óðîâåíü, ñîîòâåòñòâóþùèé òåìïåðàòóðå êèïåíèÿ âîäû ïðè íîðìàëüíîì àòìîñôåðíîì äàâëåíèè. Ðàññòîÿíèå ìåæäó ýòèìè äâóìÿ óðîâíÿìè îí
ðàçäåëèë íà 180 ÷àñòåé è, òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷èë îäèí ãðàäóñ.
 1723 ã. ôðàíöóçñêèé ôèçèê Ðåîìþð ïðåäëîæèë øêàëó, îñíîâàííóþ íà äâóõ îïîðíûõ òî÷êàõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ òåìïåðàòóðàì òàÿíèÿ ëüäà è êèïåíèÿ âîäû ïðè íîðìàëüíîì àòìîñôåðíîì äàâëåíèè.
Ðàññòîÿíèå ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè îí ðàçäåëèë íà 80 ðàâíûõ ÷àñòåé.
 1742 ã. øâåäñêèé àñòðîíîì Öåëüñèé ïðåäëîæèë òåìïåðàòóðíóþ øêàëó ñ òåìè æå îïîðíûìè òî÷êàìè, íà êîòîðûõ ïîñòðîåíà
øêàëà Ðåîìþðà, íî ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè îí ðàçäåëèë íà 100 ÷àñòåé. Îáîçíà÷àåòñÿ ãðàäóñ Öåëüñèÿ — °C.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â òåðìîäèíàìèêå â êà÷åñòâå îñíîâíîé ïðèíÿòà òåðìîäèíàìè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðíàÿ øêàëà, ãäå íèæíåé ãðàíè
6
×ÀÑÒÜ I. Îñíîâû òåîðèè àâòîìîáèëüíûõ äâèãàòåëåé

öåé øêàëû ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðà àáñîëþòíîãî íóëÿ (ïðàêòè÷åñêè
íåäîñòèæèìàÿ), êîãäà ïðåêðàùàåòñÿ òåïëîâîå äâèæåíèå ìîëåêóë.
Åäèíèöà òåìïåðàòóðû ïî òåðìîäèíàìè÷åñêîé òåìïåðàòóðíîé
øêàëå ïîëó÷èëà íàçâàíèå Êåëüâèí ïî èìåíè ó÷åíîãî Ó. Òîìïñîíà,
ëîðäà Êåëüâèíà, ïðåäëîæèâøåãî íà÷àëî îòñ÷åòà âåñòè îò àáñîëþòíîãî íóëÿ.
Òðîéíîé òî÷êå âîäû, ò. å. êîãäà â ðàâíîâåñèè íàõîäÿòñÿ òðè
ôàçû âîäû: ëåä, æèäêîñòü è ïàð, ïðèñâîåíà òåìïåðàòóðà 273,15 K.
Îíà íàõîäèòñÿ íà 0,01 °C âûøå òî÷êè ïëàâëåíèÿ ëüäà.
Íà ðèñ. 1.1 ïîêàçàíî ñîîòíîøåíèå ìåæäó øêàëîé Öåëüñèÿ è øêàëîé Êåëüâèíà, ò. å.

T(K) t(°C) 273,15,

ãäå T — òåìïåðàòóðà ïî òåðìîäèíàìè÷åñêîé
øêàëå, K; t — òåìïåðàòóðà ïî øêàëå Öåëüñèÿ, °C.
Ê
ïðåèìóùåñòâàì
òåðìîäèíàìè÷åñêîé
òåìïåðàòóðíîé øêàëû ìîæíî îòíåñòè ñëåäóþùåå:
âî-ïåðâûõ, çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóð ïî ýòîé
øêàëå íå çàâèñÿò îò ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ
òåðìîìåòðè÷åñêèõ òåë;
âî-âòîðûõ, òåìïåðàòóðà ïî ýòîé øêàëå
ìîæåò áûòü âîñïðîèçâåäåíà ñ áîëüøîé òî÷íîñòüþ, òàê êàê îíà ñòðîèòñÿ ïî îäíîé
îïîðíîé òî÷êå;
â-òðåòüèõ, âñå òåìïåðàòóðû — âåëè÷èíû
ïîëîæèòåëüíûå, ÷òî óïðîùàåò ðàñ÷åòû.

Àáñîëþòíîå äàâëåíèå

Äàâëåíèå — ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà, õàðàêòåðèçóþùàÿ èíòåíñèâíîñòü
ñèë, äåéñòâóþùèõ ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè òåëà è îòíåñåííûõ ê
åäèíèöå ïëîùàäè ýòîé ïîâåðõíîñòè.
Ðàçëè÷àþò ñëåäóþùèå âèäû äàâëåíèé: áàðîìåòðè÷åñêîå (àòìîñôåðíîå), íîðìàëüíîå, àáñîëþòíîå, ìàíîìåòðè÷åñêîå (èçáûòî÷íîå) è
âàêóóìåòðè÷åñêîå (ðàçðÿæåíèÿ).
Äëÿ èçìåðåíèÿ äàâëåíèÿ ïðèìåíÿþòñÿ ðàçëè÷íûå åäèíèöû: Ïàñêàëü (Ïà), áàð, òåõíè÷åñêàÿ àòìîñôåðà èëè ïðîñòî àòìîñôåðà, ìèëëèìåòð ðòóòíîãî èëè âîäÿíîãî ñòîëáà, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ â ñëåäóþùèõ ñîîòíîøåíèÿõ:
1 Ïà 105 áàð 1,02 105 êãñ/ñì2 7,5024 103 ìì ðò. ñò.

Ãëàâà 1. Îñíîâû òåõíè÷åñêîé òåðìîäèíàìèêè
7

Ðèñ. 1.1. Ñîïîñòàâëåíèå
øêàëû Öåëüñèÿ è òåðìîäèíàìè÷åñêîé øêàëû

Áàðîìåòðè÷åñêîå äàâëåíèå çàâèñèò îò ìàññû ñëîÿ âîçäóõà. Ñàìîå
áîëüøîå áàðîìåòðè÷åñêîå äàâëåíèå áûëî çàðåãèñòðèðîâàíî íà óðîâíå ìîðÿ è ñîñòàâèëî 809 ìì ðò. ñò., à ñàìîå íèçêîå — 684 ìì ðò. ñò.
Áàðîìåòðè÷åñêîå äàâëåíèå âûðàæàåòñÿ âûñîòîé ñòîëáà ðòóòè â ìì,
ïðèâåäåííîãî ê 0 °C.
Íîðìàëüíîå äàâëåíèå — ýòî ñðåäíåå çíà÷åíèå äàâëåíèÿ âîçäóõà
çà ãîä íà óðîâíå ìîðÿ, êîòîðîå îïðåäåëÿåòñÿ ðòóòíûì áàðîìåòðîì
ïðè òåìïåðàòóðå ðòóòè 273 Ê. Îíî ðàâíî ïðèìåðíî 101,3 êÏà
(750 ìì ðò. ñò.). Òî åñòü íîðìàëüíûì äàâëåíèåì íàçûâàåòñÿ áàðîìåòðè÷åñêîå äàâëåíèå, ðàâíîå îäíîé ôèçè÷åñêîé àòìîñôåðå è ÿâëÿåòñÿ ÷àñòíûì ñëó÷àåì áàðîìåòðè÷åñêîãî äàâëåíèÿ.
Àáñîëþòíûì äàâëåíèåì íàçûâàåòñÿ äàâëåíèå ãàçîâ è æèäêîñòåé
â çàêðûòûõ îáúåìàõ. Îíî íå çàâèñèò îò ñîñòîÿíèÿ îêðóæàþùåé
ñðåäû.
Ìàíîìåòðè÷åñêèì äàâëåíèåì íàçûâàåòñÿ ðàçíîñòü ìåæäó àáñîëþòíûì äàâëåíèåì è áàðîìåòðè÷åñêèì äàâëåíèåì, åñëè ïåðâîå áîëüøå âòîðîãî.
Ìàíîìåòð — ïðèáîð ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî èçìåðÿþò äàâëåíèå â
çàêðûòîì ñîñóäå, íàõîäÿñü âíå ýòîãî ñîñóäà, èñïûòûâàåò äàâëåíèå
êàê ñî ñòîðîíû îêðóæàþùåé ñðåäû, òàê è ñî ñòîðîíû ñîñóäà. Ïîýòîìó ïîëíîå èëè àáñîëþòíîå äàâëåíèå ãàçà â ñîñóäå ðàâíî ñóììå
ìàíîìåòðè÷åñêîãî äàâëåíèÿ è áàðîìåòðè÷åñêîãî.
Âàêóóììåòðè÷åñêèì äàâëåíèåì íàçûâàåòñÿ ðàçíîñòü ìåæäó áàðîìåòðè÷åñêèì äàâëåíèåì è àáñîëþòíûì äàâëåíèåì, åñëè ïîñëåäíåå
ìåíüøå ïåðâîãî.

Óäåëüíûé îáúåì

Óäåëüíûé îáúåì âåùåñòâà — ýòî âåëè÷èíà, ðàâíàÿ îòíîøåíèþ åãî
îáúåìà ê åãî ìàññå:

v V m,

ãäå m — ìàññà âåùåñòâà; V — îáúåì âåùåñòâà.
Âåëè÷èíà, îáðàòíàÿ óäåëüíîìó îáúåìó, åñòü ïëîòíîñòü âåùåñòâà:

m V .

1.1.2. Çàêîíû èäåàëüíûõ ãàçîâ

 XVII—XIX-õ ñòîëåòèÿõ èññëåäîâàòåëÿìè, èçó÷àâøèìè ïîâåäåíèå
ãàçîâ ïðè äàâëåíèÿõ, áëèçêèõ ê àòìîñôåðíîìó, îïûòíûì ïóòåì
áûëè óñòàíîâëåíû âàæíåéøèå çàêîíîìåðíîñòè.

8
×ÀÑÒÜ I. Îñíîâû òåîðèè àâòîìîáèëüíûõ äâèãàòåëåé

 1662 ã. Ð. Áîéëåì, à â 1676 ã. íåçàâèñèìî îò íåãî Ý. Ìàðèîòòîì áûëî äîêàçàíî, ÷òî ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå ïðîèçâåäåíèå
äàâëåíèÿ ãàçà íà åãî îáúåì ïîñòîÿííî, ò. å. â èçîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå ðàñøèðåíèÿ èëè ñæàòèÿ ãàçà

pv const.

Èíà÷å ãîâîðÿ, ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå óäåëüíûå îáúåìû
ãàçà îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíû åãî äàâëåíèÿì:

v v
2
1
1
2
p
p

è

p
p
1 1
2 2
v
v
(ïðè T const),

ãäå v1 è v2 — óäåëüíûå îáúåìû â íà÷àëüíîì è êîíå÷íîì ñîñòîÿíèÿõ
ãàçà; p1 è p2 — ñîîòâåòñòâóþùèå èì äàâëåíèÿ.
 1802 ã. ôðàíöóçñêèé ó÷åíûé Ãåé-Ëþññàê îòêðûë çàêîí, ñîãëàñíî êîòîðîìó îáúåì äàííîé ìàññû ãàçà ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè ìåíÿåòñÿ ëèíåéíî ñ òåìïåðàòóðîé, ò. å. äëÿ íà÷àëüíîãî è êîíå÷íîãî ñîñòîÿíèé ãàçà

v v
1
2
1
2
T T .

Çà 15 ëåò äî òîãî, êàê Ãåé-Ëþññàê îòêðûë ñâîé çàêîí, ôðàíöóçñêèé ôèçèê Øàðëü äîêàçàë, ÷òî ïðè ïîñòîÿííîì óäåëüíîì îáúåìå
èçìåíåíèå äàâëåíèÿ ãàçà ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî åãî àáñîëþòíûì
òåìïåðàòóðàì:

p
p
T
T
2
1
2
1
(ïðè v const)

èëè

p T
p T
2
2
1
1
.

1.1.3. Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíûõ ãàçîâ

Çàêîíû Áîéëÿ—Ìàðèîòòà, Ãåé-Ëþññàêà è Øàðëÿ óñòàíàâëèâàþò
ñâÿçü òîëüêî ìåæäó äâóìÿ èç òðåõ îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ ãàçà p, v è Ò
ïðè óñëîâèè, ÷òî çíà÷åíèå òðåòüåãî ïàðàìåòðà îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì.
Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà óñòàíàâëèâàåò ñâÿçü ìåæäó
âñåìè òðåìÿ îñíîâíûìè åãî ïàðàìåòðàìè.
Äîïóñòèì, ÷òî èäåàëüíûé ãàç, çàêëþ÷åííûé â öèëèíäðå ñ ïîðøíåì èìååò ïàðàìåòðû p1, v1 è Ò1 (ðèñ. 1.2, à). Åñëè óìåíüøèòü
äàâëåíèå ãàçà â öèëèíäðå è ïîäâåñòè ê íåìó íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî

Ãëàâà 1. Îñíîâû òåõíè÷åñêîé òåðìîäèíàìèêè
9

òåïëîòû, òî ãàç ïåðåéäåò â íîâîå ñîñòîÿíèå, ãäå áóäóò èìåòü ìåñòî
ïàðàìåòðû p2, v2 è Ò2 (ðèñ. 1.2, á).
×òîáû óñòàíîâèòü ñâÿçü ìåæäó íà÷àëüíûì è êîíå÷íûì ñîñòîÿíèÿìè ãàçà, îñóùåñòâèì ïåðåõîä èç ïåðâîãî ñîñòîÿíèÿ â ïîñëåäíåå
äâóìÿ ïðîìåæóòî÷íûìè îïåðàöèÿìè. Ñíà÷àëà óìåíüøèì äàâëåíèå
ãàçà îò p1 äî p2, ïîääåðæèâàÿ òåìïåðàòóðó Ò1 ïîñòîÿííîé ïóòåì ïîäâîäà òåïëîòû ê ãàçó. Òîãäà ãàç îêàæåòñÿ â ïðîìåæóòî÷íîì ñîñòîÿíèè
(ðèñ. 1.2, â) è áóäåò èìåòü ïàðàìåòðû p2, v3 è Ò1. Çàòåì áóäåì ïîäîãðåâàòü ãàç òàê, ÷òîáû îí ïðîäîëæàë ðàñøèðÿòüñÿ, ñîõðàíÿÿ ñâîå
äàâëåíèå íåèçìåííûì, åãî òåìïåðàòóðà ïðè ýòîì ïîâûñèòñÿ äî Ò2
(ðèñ. 1.2, á).
Ñîïîñòàâèì ýòè òðè ñîñòîÿíèÿ ãàçà. Òàê êàê â ïåðâîì ñîñòîÿíèè
è òðåòüåì òåìïåðàòóðû îäèíàêîâû, òî ìåæäó óäåëüíûìè îáúåìàìè è
äàâëåíèåì ãàçà â ýòèõ ñîñòîÿíèÿõ äîëæíà ïî çàêîíó Áîéëÿ—Ìàðèîòòà ñóùåñòâîâàòü ñëåäóþùàÿ ñâÿçü:

v v
3
1
1
2
p
p ,

òîãäà

v
v
3
1 1
2
p
p .

Òàê êàê â òðåòüåì è âòîðîì ñîñòîÿíèÿõ äàâëåíèÿ îäèíàêîâû, òî
ïî çàêîíó Ãåé-Ëþññàêà

v v
3
2
1
2
T T ,

îòêóäà

v
v
3
2
1
2
T T .

10
×ÀÑÒÜ I. Îñíîâû òåîðèè àâòîìîáèëüíûõ äâèãàòåëåé

Ðèñ. 1.2. Èëëþñòðàöèÿ óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ
èäåàëüíîãî ãàçà

К покупке доступен более свежий выпуск Перейти