在我们生活中,现在拥有汽车的人不在少数,而汽车的发动机在工作时,就必须用火花塞持续的点燃缸体内的混合气体,从而推动活塞工作。但是在柴油发动机时代,柴油发动机里面是没有火花塞,那么,混合气体是如何被点燃的呢?其实,柴油机的这一工作原理,在高二的物理课本上就给出了答案。
我们知道,温度是连接宏观世界与微观世界的桥梁,在热气球下面点燃一支蜡烛,热气球就会膨胀而升空,这只是它的宏观表现罢了,如果要从微观上来解释的话,分子在高温下发生剧烈的运动,使热空气分子不断的进入到热气球中,从而保证热气球不会从空气中掉下来。分子剧烈的运动过程中,就会像宏观里的物体一样具有动能。那么,分子的动能又是怎样的呢?
由于分子很小,要描述一个分子的动能就显得相当困难,毕竟分子无时无刻都在做不规则的热运动,因此,在这里人们就不去研究单个分子的动能了,而是将物体内所有分子的动能进行取平均值,这个值就是分子的平均动能。定量的计算分子的平均动能是没有多大的实际意义,因此,分子的平均动能在定性的分析问题中占比更大。
人们通过不断的研究发现,物体内的分子平均动能跟温度有关,当物体的温度升高时,分子的平均动能就会增加,当温度降低时,分子的平均动能就会减少,因此,温度是分子热运动的平均动能的标志。
在前面已经介绍了,分子之间的作用力与平衡点的关系,当两个分子间的距离大于r0时,分子间的作用力表现为引力,但两个分子靠近时,那么两个分子就必须克服引力做功,分子间的距离小于r0时,在减小分子距离时,分子就会克服斥力做功。分子在从一个位置移到到另一个位置克服分子力所做的功,我们称之为分子势能。
判断分子势能大小的标度为物体的体积,当物体的体积发生变化时,分子的势能也随之发生变化。我们把物体内分子的动能于势能总称为物体的内能,因此,不管物体处于社么状态,物体都是有内能的。温度升高,物体的内能增加,反之,物体的内能增加,物体的温度也随之升高;物体的体积减少,物体的内能也随之增加。
在高二的物理课本中有这么一个实验,在一个厚壁的玻璃筒内放置着一个火柴头,这时,我们迅速的将活塞压下,使活塞对空气做功。不一会儿就可以观察到,空气被压缩后火柴头燃烧起来。
这个实验说明活塞对空气做功,空气的内能瞬间增大,空气的温度也急剧上升,从而将火柴头点燃。柴油机的工作原理跟这是一样的。由于柴油的燃点比较低,当活塞对空气做功后,就能瞬间将雾化的柴油点燃,从而将内能转化为机械能使车子开动。