Parece que el gas hidrógeno y el aire ocupan más volumen que los resultados de su combustión. ¿Cómo se usa esa reacción explosiva para hacer funcionar un motor?

Answer 1

Es cierto que cuando quemas dos moléculas de H2 y una molécula de O2 obtienes dos moléculas de agua, y la teoría básica de los gases nos dice que dos moléculas de gas ocupan menos espacio que tres, a pesar de que la masa de las dos es igual a masa de los tres, SI todas las demás condiciones se mantienen iguales.

Entonces, de eso se trata la pregunta.

La respuesta es que cuando calientas un gas, se expande y se expande MUCHO si lo calientas mucho.

Quemar hidrógeno con oxígeno libera MUCHO calor, lo que significa que el producto final de la combustión, el vapor de agua, está muy caliente, y este calor también calienta el nitrógeno que forma casi todo el gas restante en la cámara de combustión del motor.

Cuando calienta un gas, se expande, si es libre de hacerlo. Pero la cámara de combustión es un ESPACIO CERRADO, por lo que en lugar de expandirse, la PRESIÓN aumenta. Si calienta un gas, en un espacio confinado, la presión aumenta, esto es física y química básicas.

La ALTA PRESIÓN RESULTANTE empuja el pistón hacia el extremo más alejado del cilindro desde el extremo en el que se encienden y queman los gases.

El pistón está conectado con una VARILLA DE CONEXIÓN al CIGÜEÑAL que convierte el movimiento lineal del pistón en movimiento ROTATIVO.

Hay válvulas que están dispuestas para abrirse y cerrarse en los momentos adecuados para permitir que los gases quemados salgan del cilindro, y permitir que un suministro fresco de hidrógeno y aire ambiente que contiene oxígeno ingrese al cilindro.

Puede encontrar fácilmente artículos ilustrados que detallan los puntos básicos mencionados buscando en Google principios de funcionamiento de motores de combustión interna o palabras clave similares.

Answer 2

Eso sería porque se presurizan y una chispa de encendido les permite reaccionar y producir mucho calor. Es la expansión debido al calor que es la explosión. Esto fuerza el pistón hacia abajo. El producto de agua tampoco es agua líquida sino vapor de agua o vapor, que consume mucho más espacio que el agua a la misma presión, de hecho, casi 2000 veces más. Es este principio el que impulsa las máquinas de vapor. Por lo tanto, el hidrógeno y el aire pueden conducir un motor de combustión interna bastante bien.

Answer 3

Sí, el aire y el hidrógeno ocupan más espacio que el agua resultante y el nitrógeno restante (del aire) una vez enfriados a la temperatura original de los reactivos. Pero justo después de la combustión, el agua resultante está en estado gaseoso y probablemente varios cientos de centígrados caliente. Ocupa más espacio que los gases fríos.

Supongamos que el aire tiene 21% de oxígeno y 79% de nitrógeno (lo suficientemente cerca por ahora) y que todos los gases son gases ideales, y tenemos:

2 mol de hidrógeno gaseoso (H2), ~ 44,8 la 0 ° C

1 mol de oxígeno gaseoso (O2), ~ 22,4 l a 0 C

3,76 mol de nitrógeno gaseoso (N2), ~ 84,2 la 0 ° C

El volumen total de gases antes de la combustión es de ~ 151,4 la 0 C

Supongamos que todo el hidrógeno y todo el oxígeno se consumen y todo el nitrógeno permanece sin reaccionar, y los productos de combustión se enfrían a 0 C.

Tenemos: 82,4 l de nitrógeno y 36 ml de agua, por lo que los productos de combustión están por encima de la mitad del volumen del original.

Incluso si toda el agua permaneciera gaseosa a 0 ° C (por supuesto que no) tendríamos 2 moles de vapor de agua, ~ 44,8 ly ~ 82,4 l de nitrógeno, un total de 127,2 l que absorbería el 16% menos espacio que los gases originales.

PERO (y esto es un gran pero) cuando se quema hidrógeno, se libera energía térmica, y esto se traducirá en un aumento de la temperatura en los gases resultantes. Es probable que los productos de combustión tengan varios cientos de centígrados de calor inicialmente. Esto se traduce en una presión mucho mayor (o volumen cuando se le permite expandirse). La presión elevada empujará el pistón.

Answer 4

Hablaré sobre cómo funciona el motor térmico en principio. Pasa por un ciclo termodinámico donde el fluido que participa en el ciclo tomará calor y producirá la misma cantidad de trabajo. En el caso de utilizar la combustión de gas hidrógeno para hacer funcionar un motor, la expansión de gas causada por el calor de la combustión se utiliza para impulsar los pistones para impulsar el motor.