KWALIFIKACJA MEC3 + MEC5 + MEC8 + MEC9 - CZERWIEC 2007

PYTANIE NR 35.
Między punktami 2 i 3 teoretycznego obiegu silnika spalinowego przedstawionego na rysunku ciepło jest doprowadzane
Ilustracja przedstawia wykres p-V (ciśnienie-objętość), który jest typowym diagramem używanym w analizie teoretycznych cykli
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Na odcinku 2–3 w obiegu pokazanym na rysunku następuje doprowadzenie ciepła w przemianie izochorycznej.
Oznacza to, że objętość czynnika roboczego nie zmienia się (V=const), a rosną m.in. ciśnienie i temperatura. Dlatego poprawne jest: "przy stałej objętości."

Pełne wyjaśnienie:

W idealnych (teoretycznych) obiegach silników spalinowych sposób doprowadzania ciepła jest definiowany przez rodzaj przemiany termodynamicznej na odpowiednim odcinku wykresu (najczęściej p-V lub T-s). Odcinek między punktami 2 i 3 na rysunku odpowiada etapowi, w którym do czynnika roboczego jest dostarczane ciepło (model spalania w ujęciu idealnym).

Jeżeli na wykresie odcinek 2–3 jest izochorą, to objętość pozostaje stała (V=const). Wtedy doprowadzenie ciepła powoduje wzrost temperatury i ciśnienia bez zmiany objętości, co jest typowym założeniem dla obiegu, w którym spalanie modeluje się jako dopływ ciepła przy stałej objętości. Z tego powodu prawidłowa odpowiedź brzmi: "przy stałej objętości."

Odpowiedź "przy stałym ciśnieniu." opisuje doprowadzenie ciepła w przemianie izobarycznej (p=const), charakterystycznej dla innego modelu obiegu; bezpośrednio nie pasuje do odcinka 2–3, jeśli na rysunku wskazano izochorę.

Odpowiedź "przy stałej objętości i pod stałym ciśnieniem." jest fizycznie sprzeczna jako opis jednego odcinka przemiany: w ogólności nie da się jednocześnie utrzymać stałej objętości i stałego ciśnienia przy doprowadzaniu ciepła bez dodatkowych, nienazwanych założeń (np. brak zmian stanu, co kłóci się z ideą dopływu ciepła).

Odpowiedź "przy stałym ciśnieniu i w stałej temperaturze." łączy izobarę z izotermą; w typowych obiegach silników spalinowych dopływ ciepła nie jest modelowany jako jednocześnie izobaryczny i izotermiczny, a dodatkowo stała temperatura przy dopływie ciepła wymagałaby szczególnych warunków (np. równoczesnego wykonywania pracy w sposób kompensujący), których takie zadanie nie zakłada.

Wskazówka egzaminacyjna: najpierw rozpoznaj na wykresie, czy odcinek jest pionowy/poziomy (dla p-V) lub jak przebiega względem osi; to pozwala przypisać przemianę (V=const lub p=const), a dopiero potem wybierać odpowiedź.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Przemiana izochoryczna to proces, w którym objętość jest stała (V=const). Przy doprowadzaniu ciepła w izochorze zwykle rosną temperatura i ciśnienie. Na wykresie p-V izochora jest linią pionową, bo V się nie zmienia.
Oznacza idealizację spalania jako dopływu ciepła bez zmiany objętości czynnika. W praktyce spalanie trwa pewien czas, ale w modelu teoretycznym upraszcza się je do odcinka V=const, aby łatwiej analizować wpływ parametrów na sprawność i pracę obiegu.
Na wykresie p-V stała objętość oznacza, że punkt porusza się w górę lub w dół bez przesunięcia w poziomie. Taki odcinek jest pionowy. Jeśli widzisz pionowy fragment między punktami, to jest to przemiana izochoryczna.
W idealizacji obiegu Diesla zakłada się dopływ ciepła w warunkach p=const, co odpowiada spalaniu zachodzącemu podczas ruchu tłoka. To uproszczenie różni się od obiegu Otto (V=const) i daje inne zależności sprawności od parametrów, np. stopnia sprężania.
Najczęściej myli się rodzaj doprowadzania ciepła: Otto kojarzy się z V=const, a Diesel z p=const. Pomyłka wynika z uczenia się "na pamięć" bez powiązania z wykresem. Pomaga zawsze sprawdzić kształt odcinka na p-V.
Zwykle nie, bo jednocześnie p=const i V=const oznacza brak zmiany stanu (dla gazu doskonałego także T=const), a to kłóci się z ideą doprowadzania ciepła zmieniającego parametry. W zadaniach egzaminacyjnych taka odpowiedź jest zazwyczaj logicznie błędna.
W typowych idealnych obiegach silnikowych sprężanie i rozprężanie modeluje się jako przemiany bez wymiany ciepła (adiabatyczne/izentropowe). Doprowadzenie ciepła jest osobnym etapem między punktami wyznaczonymi na wykresie, np. 2–3 w zależności od przyjętego obiegu.
Opanuj definicje przemian (V=const, p=const, T=const, bez dopływu ciepła) i ćwicz rozpoznawanie ich na wykresach p-V oraz T-s. Ucz się, co oznaczają odcinki 1–2, 2–3 itd. w poszczególnych obiegach, zamiast zapamiętywać same hasła.
Najważniejsze są: kierunek przebiegu (sprężanie/rozprężanie), odcinki pionowe (V=const), odcinki poziome (p=const) oraz położenie punktów charakterystycznych. Z tego odczytasz, gdzie jest dopływ ciepła, gdzie odpływ ciepła i gdzie wykonywana jest praca.
Izoterma (T=const) wymaga szczególnego bilansu energii: dopływ ciepła musiałby być równoważony pracą w taki sposób, by temperatura się nie zmieniała. W standardowych idealnych obiegach Otto/Diesel/Sabathe nie przyjmuje się izotermicznego doprowadzania ciepła.
info

Statystycznie 40% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Według specjalistów z branży: "Dlatego poprawne jest: "przy stałej objętości.""

Źródła:

  • Yunus A. Çengel, Michael A. Boles, "Thermodynamics: An Engineering Approach", rozdziały dotyczące obiegów mocy (power cycles) i idealnych obiegów Otto/Diesel/Sabathe, wydanie zależne od posiadanej edycji
  • Richard Stone, "Introduction to Internal Combustion Engines", rozdziały o idealnych cyklach silników spalinowych i modelowaniu doprowadzania ciepła, wydanie zależne od posiadanej edycji

Materiały:

  • Podręczniki z termodynamiki technicznej (rozdziały: obiegi Otto, Diesel, Sabathe)
  • Materiały dydaktyczne do maszyn cieplnych (wykresy p-V, T-s i interpretacja pól pracy)
  • Zadania maturalne/kwalifikacyjne z interpretacji przemian termodynamicznych

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego