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Calore e termodinamica

Il motore a combustione interna

Il motore a combustione interna, utilizzato nella maggior parte dei veicoli, è un esempio di motore termico, che trasforma in energia meccanica l'energia che si sviluppa nella combustione, al suo interno, di un combustibile liquido o gassoso. Il più comune motore a combustione interna è il motore a quattro tempi, il cui primo esempio fu costruito da un ingegnere tedesco, N. Otto, nel 1877. Il motore a quattro tempi è costituito da due parti principali: un carburatore, dove si forma una miscela esplosiva di aria e combustibile, e un cilindro (comunemente ce ne sono quattro), chiuso a tenuta da un pistone. L'ingresso al cilindro è regolato da due valvole, la valvola di ammissione e la valvola di scarico, e fornito di una candela, che produce la scintilla. A ogni pistone è collegata una biella, che trasmette il movimento del pistone all'albero di trasmissione. Il funzionamento del motore a combustione interna avviene in quattro differenti fasi: nella prima fase, detta fase di aspirazione, il pistone che deve contenere il fluido combustibile passa da un volume minimo a un volume massimo, creando al suo interno una depressione che aspira la miscela aria-carburante attraverso la valvola di ammissione. Nella seconda fase, detta fase di compressione, nella quale le valvole sono chiuse, il pistone ritorna alla posizione di minimo volume, comprimendo la miscela al suo interno finché essa raggiunge un punto di massima compressione nel piccolo volume rimasto (detto camera di combustione o di scoppio). Nella terza fase, la fase di combustione ed espansione, la scintilla provocata dalla candela innesca la combustione della miscela compressa, la quale esplode producendo calore e liberando una massa di gas. I gas si espandono, spingendo il pistone fino al suo massimo volume. Da qui, con la valvola di scarico aperta, comincia la quarta fase, la fase di scarico, nella quale il pistone si riabbassa e il sistema è pronto per ricominciare il ciclo dalla prima fase. Il ciclo di un motore a scoppio, detto ciclo di Otto, può essere rappresentato su un piano p,V, analogamente al ciclo di Carnot , sostituendo le due fasi adiabatiche con due fasi a volume costante.

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