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压强和燃点的奇妙关系 天冷时,汽车为啥不好打火?
来源查字典物理网| 2016-10-01 发表| 物理教研分类:教学探究

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知识点:在不同大气压下燃点也会有所变化,一般气压越低,燃点越高,反之,气压越高,燃点就越低。

本文要普及的是冷天汽车难以启动的原因,并尽可能的帮助大家找出解决的策略。可能有同学会问,这个问题还用讨论吗,汽车被冻住了呗,冻住了当然打不着火啦!问题并没有这么简单,本文要探讨的是在正常寒冷的天气状况下汽车难以启动的问题,而不是在极北边寒地带汽车冻成冰的那个状态下。

天气转凉,开车族会越来越经常遇到一个问题——天冷的时候,汽车的发动机很难启动。就像很多有过农家生活经验的朋友,在冷天生火做饭时,火不容易烧着一样。但我们本文要讲的则是汽车。我们知道,汽车的发动机采用压燃的方式点燃,随着压强的增加,汽油会发生燃烧。发动机里汽油的燃烧过程必须要满足一个重要的方程,这个方程就是谢苗诺夫方程式:

在这里, T0是外界的温度,也就是发动机外壳的温度,A与B都是常数。Pc是刚刚能着火时候的气压。这个方程式虽然看起来有点儿复杂,但它其实可以用一条曲线来表达,可以在坐标系里画出来,如图:

其中,横坐标是温度T0,纵坐标是临界气压Pc。在曲线的上面,表示的是可以着火,在曲线的下面,表示的是不能着火,曲线则表示刚刚能着火的状态。

在相同的气压下,随着横坐标温度的降低,本来在曲线上方的点会穿越曲线来到曲线下方,这就说明,随着气温的降低,就算大气压不变,本来可以点着火的发动机也会变得打不着火。同样道理,在气压降低的时候,本来在曲线上方的点也会穿越曲线来到曲线下方:这说明汽车到了高原上以后,气压变低,发动机也容易打不着火。飞机也一样,随着飞机爬升到3万英尺(为约9144米),气压越来越低,发动机要打着火会越来越困难,因此飞机发动机的技术又比汽车发动机更难一些。

总的来说,根据谢苗诺夫方程式计算,在冷天时,如果发动机打不着火,那么请试着给发动机升温或是加大气压吧。当然,生活中,也确实有人在车旁边点燃一堆火来为发动机取暖的,但不管做什么,安全是第一位的。

谢苗诺夫百科:

谢苗诺夫(H.H.Николай Николаевич Семёнов,1896~1986),苏联物理化学家。1896年 4月15日生于萨拉托夫,1986年逝世。1917年毕业于彼得堡大学数理系并留校工作。1920~1931年,在物理技术研究所工作,1928年兼列宁格勒工学院教授。1931年创建苏联科学院化学物理研究所并任所长。1944年该所迁莫斯科后仍任所长。谢苗诺夫曾任莫斯科大学教授。1929年当选为苏联科学院通讯院士,1932年当选为院士。

谢苗诺夫的重大贡献是发展了链反应理论。1926年谢苗诺夫首先用磷蒸气的氧化实验证明热化学反应也是链反应,将链反应的概念由光化学反应推广到广阔的热化学反应领域。同年,他发现了支链反应。谢苗诺夫和同事们用定量的方法研究了在不同的氧的压力(浓度)下磷的氧化反应。他们发现,当氧的压力小时,进入容器中的氧不会使磷蒸气马上发生磷光,而只是达到一定的临界压力时才能使之发光;超过临界压力时,反应迅速进行,直到磷蒸气燃烧起来。他提出支链反应理论来解释上述反应,即开始时形成带有不饱和价键的自由基,然后产生一系列支化反应的链。由于活化粒子容易碰到容器内壁而断链的可能性极大,氧气压力高于临界压力时,活化粒子随支链反应而成倍增加,结果反应速率出现几何式的增长。支链反应经过各种氧化反应(爆鸣气的燃烧,磷化氢的氧化)的验证,都获得圆满成功。谢苗诺夫预言,除了存在有燃烧反应的压力下限外,还应该有反应的压力上限。超过这一界限,不能发生自燃现象(火花或爆炸),而只能是缓慢氧化过程。此预言已为实践证实。

谢苗诺夫还发现了多分子吸附层和薄膜中的离子型多相催化;并发展了有关多相催化中自由价作用的概念。谢苗诺夫因研究化学动力学,与C. N. 欣谢尔伍德共获1956年诺贝尔化学奖。他还曾获列宁勋章。著有《链反应》和《化学动力学和反应能力的若干问题》等书。

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