Thermodynamique et énergie · Thème 3 de la physique GCSE (énergie et chauffage)
Simulateur de moteur à combustion interne à quatre temps
Simuler les moteurs à combustion interne à quatre temps: séquençage de la valve, mouvement du piston, travail de compression (mécanique à interne) vs course de puissance (interne à mécanique) et rapport de cycle de vilebrequin à puissance de 2:1.
- Côté client
- Pas d'inscription
- Dérivés vivants
- Mode projecteur
- Imprimer la feuille de travail
Étape de simulation 3D● 60 FPS
Contrôles des paramètres
RPM
°
Dérivations et métriques en direct
Valve d'admission
--
Robinet d ' échappement
--
Direction de Piston
--
Coups de pouvoir par seconde
--
Calcul de la formule en temps réel
Formule de calcul:
--Substitution:
--Régime : --
Exemples travaillés et question d'examen Plongée profonde
Problème travaillé
Problème : Un moteur à 4 temps tourne à 1800 RPM. Trouver : 1) les tours/s du volant; 2) les cycles/s; 3) les courses/s de puissance et les courses/s totales.
Dérivation étape par étape :
- 1) 1800/60 = 30 rev/s. 2) 30/2 = 15 cycles/s. 3) 15 courses de puissance/s et 15*4 = 60 courses/s.
Problème travaillé
Problème : Quelles sont les 3 mdes distinctions entre les moteurs à essence et les moteurs diesel dans la structure, l'admission et l'allumage?
Dérivation étape par étape :
- 1) Cylindrée: bougie d'allumage (essence) vs injecteur de carburant (diesel). 2) Prise d'air: mélange carburant-air vs air pur. 3) Allumage: allumage par étincelles vs allumage par compression.
Feuille de travail et problèmes de pratique
Q1. Variante 1: Si seulement la course de puissance produit de l'énergie mécanique, quel est le pouvoir des trois autres courses?
Clé de réponse : L'inertie des roues volantes ! La course de puissance tourne le volant de vol massif, stockant l'énergie cinétique rotationnelle qui conduit le piston à travers les 3 autres courses.
Q2. Variante 2: Conversions d'énergie détaillées et changements d'énergie interne dans la compression et les coups de puissance.
Clé de réponse : Compression: énergie mécanique à interne (travail sur gaz augmente la température). Puissance: énergie interne à mécanique (la dilatation du gaz refroidit le gaz).
Q3. Variante 3 : Pourquoi les moteurs diesel obtiennent-ils un rendement thermique plus élevé que les moteurs à essence?
Clé de réponse : Diesel compresse l'air pur à des rapports de compression beaucoup plus élevés (18:1 vs 10:1), obtenant des températures de combustion plus élevées et une plus grande efficacité thermique de Carnot.
Foire aux questions et idées fausses
Qu'indiquent la fumée blanche et la fumée noire d'un tuyau d'échappement?
Fumée blanche: vapeur d'eau condensante ou fuite de liquide de refroidissement dans le cylindre. Fumée noire : combustion incomplète du combustible (mélange riche ou faim d'air, éjection de particules de suie).
Pourquoi les moteurs de voiture nécessitent-ils des boucles antigel et radiateur ?
Les températures maximales de combustion dépassent 2000°C. La circulation du liquide de refroidissement empêche la saisie thermique (« marqueur de cylindre ») et la dégradation de l'huile.
Pourquoi un moteur de voiture ne peut-il pas démarrer seul si la batterie 12V est complètement morte ?
Un moteur ne peut pas s'autodémarrer de l'arrêt. Le moteur de démarrage électrique tire un énorme courant de batterie pour tourner le volant à travers l'admission initiale et les coups de compression.
Un moteur thermique peut-il atteindre une efficacité thermique à 100 %? Quel est le plafond théorique?
Jamais ! La deuxième loi de la thermodynamique dicte le rejet de chaleur gaspillée. L'efficacité est strictement limitée par la limite de Carnot : η = 1 - T_froid / T_hot < 100%.