Jak działa silnik wysokoprężny?

Przemiana izobaryczna w silniku wysokoprężnym (Diesla) to faza zapłonu – kiedy do maksymalnie sprężonego powietrza zostaje wstrzyknięte paliwo (b-c na rysunku poniżej). Następuje wówczas samozapłon – rośnie temperatura i przy stałym ciśnieniu tłok przesuwa się w dół. Dalsze przesuwanie się tłoka wiąże się ze spadkiem ciśnienia – gorące spaliny zwiększają swą objętość, ale ciśnienie spada (aż do ciśnienia nieco tylko większego od ciśnienia atmosferycznego (faza c-d na rysunku). W tej fazie cyklu nie następuje dopływ ciepła – przemianę taką nazywamy adiabatyczną.

Rys. 4. Schemat silnika Diesla.

W doświadczeniu z balonikiem następuje dopływ ciepła – dlatego objętość rośnie. Pod jakim ciśnieniem odbywa się ta przemiana? Niewiele tylko większym od ciśnienia atmosferycznego – dmuchanie balonika wymaga ciśnień o ułamek większych od ciśnienia atmosferycznego.

Silnik benzynowy działa nieco inaczej

Rys. 5. Schemat silnika benzynowego (cykl Otta).

W silniku benzynowym (cykl Otto) spalanie mieszanki następuje przy nieruchomym tłoku (faza 3-4 na rysunku powyżej).

Doświadczenie z butelką plastikową i monetą

Aby pokazać, że objętość gazu (powietrza) rośnie ze wzrostem temperatury nie jest potrzebny ani balonik, ani grzałka. Bierzemy 0,5 litrową plastikową butelkę po jakimkolwiek napoju gazowanym (te nie zgniatają się jeśli je trzymamy w ręce), zwilżamy krawędź wylotu wodą (woda działa jaka uszczelka) i kładziemy monetę 1 zł. Gdy trzymamy butelkę w ręce, powietrze wewnątrz ogrzewa się. Mimo, że zmiana temperatury jest niewielka, objętość rośnie – monetka podskakuje, gdy powietrze wychodzi z butelki.

Zadanie dla ciekawskich: Oblicz, jakie ciśnienie wywiera na powietrze monetka leżąca na szyjce butelki (masa monety 5 g, jej średnica 2,3 cm. Jaka jest to ułamek ciśnienia atmosferycznego?