0:00

4:34

Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

TED-Ed·4:34·Technology·B2

Chương · 4

Chương 1·The Chemistry of Engine Combustion

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:01

Music There are over 1 billion cars in the world today getting people where they need to go, but cars aren't just a mode of transportation; they're also a chemistry lesson waiting to be taught.

[Âm nhạc] Ngày nay có hơn 1 tỷ chiếc ô tô trên thế giới đưa đón mọi người đến nơi họ cần đến, nhưng ô tô không chỉ là một phương tiện giao thông; chúng còn là một bài học hóa học đang chờ được khám phá.

0:15

The process of starting your car begins in the engine cylinders, where a spritz of gasoline from the fuel injector and a gulp of air from the intake valve mixed together before being ignited by a spark.

Quy trình khởi động xe hơi của bạn bắt đầu trong các xi-lanh động cơ, nơi một tia xăng phun từ kim phun nhiên liệu và một luồng khí nạp từ van nạp hòa trộn cùng nhau trước khi được kích nổ bởi một tia lửa điện.

0:30

Forming gases that expand and push the piston, but combustion is an exothermic reaction, meaning it releases heat—lots of it.

Tạo ra các chất khí giãn nở và đẩy pít-tông, nhưng sự đốt cháy là một phản ứng tỏa nhiệt, nghĩa là nó giải phóng nhiệt—rất nhiều nhiệt.

0:36

And while much of this heat escapes through the tailpipe, the heat that remains in the engine block needs to be absorbed, transported, and dissipated to protect the metal components from deforming or even melting.

Và trong khi phần lớn lượng nhiệt này thoát ra ngoài qua ống xả, lượng nhiệt còn lại trong thân động cơ cần được hấp thụ, vận chuyển và phân tán để bảo vệ các chi tiết kim loại không bị biến dạng hay thậm chí là nóng chảy.

0:48

This is where the cooling system comes in; a liquid gets circulated.

Đây chính là lúc hệ thống làm mát phát huy tác dụng; một chất lỏng được luân chuyển tuần hoàn.

0:53

Throughout the engine, but what kind of liquid can absorb all that heat?

Xuyên suốt động cơ, nhưng loại chất lỏng nào có thể hấp thụ toàn bộ lượng nhiệt đó?

0:56

Water may seem like an obvious first choice—after all, it's specific heat, the amount of energy required to raise the temperature of a given amount by 1° C, is higher than that of any other common substance, and we have a lot of heat energy to absorb.

Nước có vẻ là một lựa chọn hiển nhiên đầu tiên—suy cho cùng, nhiệt dung riêng của nó, tức lượng năng lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của một lượng chất nhất định lên 1° C, cao hơn bất kỳ chất phổ biến nào khác, và chúng ta lại có rất nhiều nhiệt năng cần hấp thụ.

1:10

But using water could get us into deep trouble for one thing.

Nhưng việc sử dụng nước có thể đẩy chúng ta vào rắc rối lớn vì một lý do.

1:14

Its freezing point is 0° Celsus; since water expands as it freezes, a cold winter night could mean a cracked radiator and a damaged engine block—a chilling prospect.

Điểm đóng băng của nó là 0° C; vì nước giãn nở khi đóng băng, một đêm đông lạnh giá có thể đồng nghĩa với việc két nước làm mát bị nứt và thân động cơ bị hư hỏng—một viễn cảnh ớn lạnh.

1:24

And considering how hot car engines can get, the relatively low boiling point of 100° C can lead to a situation that would get anyone steamed.

Và xét đến mức nhiệt rất cao mà động cơ ô tô có thể đạt tới, điểm sôi tương đối thấp ở 100° C có thể dẫn đến tình cảnh bốc khói nghi ngút khiến bất kỳ ai cũng phải nổi giận.

1:33

So instead of water, we use a solution, a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

Vì vậy thay vì dùng nước, chúng ta sử dụng một dung dịch, một hỗn hợp đồng nhất bao gồm chất tan và dung môi.

1:40

Some of a solution's properties will differ depending on the proportion of solute present; these are called colligative properties, and as luck would have it, they include freezing point depression and boiling point elevation.

Một số tính chất của dung dịch sẽ khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ chất tan hiện diện; chúng được gọi là các tính chất nồng độ hạt, và thật may mắn, chúng bao gồm độ hạ điểm đông đặc và độ nâng điểm sôi.

1:51

So solutions have both a lower freezing point and a higher boiling point than pure solvent, and the more solute is present, the bigger the difference.

Vì thế các dung dịch vừa có điểm đóng băng thấp hơn, vừa có điểm sôi cao hơn so với dung môi nguyên chất, và càng có nhiều chất tan thì sự khác biệt càng lớn.

2:00

So why do these properties change?

Vậy tại sao các đặc tính này lại thay đổi?

2:01

First of all, we need to understand that temperature is a measure of the particle's average kinetic energy: the colder the liquid, the less of this energy there is and the slower the molecules move.

Trước hết, chúng ta cần hiểu rằng nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của các hạt: chất lỏng càng lạnh thì mức năng lượng này càng ít đi và các phân tử chuyển động càng chậm.

2:12

When a liquid freezes, the molecules slow down enough for their attractive forces to act on each other, arranging themselves into a crystal

Khi chất lỏng đóng băng, các phân tử chuyển động chậm lại đủ để lực hút giữa chúng tác động lên nhau, tự sắp xếp thành một tinh

2:19

Structure, but the presence of solute particles gets in the way of these attractions, requiring a solution to be cooled down further before the arrangement can occur.

Thể kết tinh, nhưng sự hiện diện của các hạt chất tan cản trở những lực hút này, đòi hỏi dung dịch phải được làm lạnh sâu hơn nữa trước khi sự sắp xếp trật tự có thể diễn ra.

2:27

As for the boiling point, when a liquid boils, it produces bubbles filled with its vapor, but for a bubble to form, the vapor pressure must become as strong as the atmosphere constantly pushing down on the surface

Còn về điểm sôi, khi một chất lỏng sôi, nó sinh ra các bọt khí chứa đầy hơi của nó, nhưng để một bọt khí có thể hình thành, áp suất hơi phải trở nên mạnh bằng bầu khí quyển đang liên tục đè nặng lên bề mặt

2:39

Of the liquid; as the liquid is heated, the vapor pressure increases, and when it becomes equal to the atmospheric pressure, the bubbles form and boiling occurs.

Của khối chất lỏng; khi chất lỏng được đun nóng, áp suất hơi tăng lên, và khi nó cân bằng với áp suất khí quyển, các bọt khí hình thành và hiện tượng sôi diễn ra.

2:47

A solution's vapor pressure is lower than that of pure solvent, so it must be heated to an even higher temperature before it can match the strength of the atmosphere.

Áp suất hơi của dung dịch thấp hơn so với dung môi nguyên chất, vì thế nó phải được đun nóng đến nhiệt độ cao hơn nữa trước khi có thể bắt kịp áp lực của bầu khí quyển.

2:56

As an added bonus, the pressure in the radiator is

Một điểm cộng khác là áp suất bên trong két nước làm mát được

2:59

Kept above atmospheric pressure, raising the boiling point by another 25° C.

Duy trì cao hơn áp suất khí quyển, giúp nâng điểm sôi thêm 25° C nữa.

3:04

The solution commonly used for a car's cooling system is a 50/50 mixture of ethylene glycol and water, which freezes at - 37° c and boils at 106°.

Dung dịch thường được dùng cho hệ thống làm mát của ô tô là hỗn hợp 50/50 giữa ethylene glycol và nước, đóng băng ở -37° C và sôi ở 106° C.

3:16

At the highest recommended proportion of 70 to 30, the freezing point is even lower at 55° C and the boiling point rises to 113° C, as you can

Ở tỷ lệ khuyến nghị cao nhất là 70/30, điểm đóng băng thậm chí còn thấp hơn ở 55° C và điểm sôi tăng lên 113° C, như bạn có thể

3:29

See, the more ethylene glycol you add, the more protection you get, so why not go even higher?

Thấy đấy, bạn càng thêm nhiều ethylene glycol thì càng được bảo vệ nhiều hơn, vậy tại sao không tăng tỷ lệ cao hơn nữa?

3:34

Well, it turns out you can have too much of a good thing, because at higher proportions the freezing point actually starts to go back up.

Chà, hóa ra quá nhiều thứ tốt cũng không hẳn là hay, bởi vì ở các tỷ lệ cao hơn, điểm đóng băng thực tế lại bắt đầu tăng trở lại.

3:42

The properties of the solution head towards the properties of ethylene glycol, which freezes at -12.9 De c, a higher temperature than we attained with the

Các đặc tính của dung dịch dần thiên về các đặc tính của ethylene glycol nguyên chất, vốn đóng băng ở -12,9 độ C, mức nhiệt độ cao hơn mức chúng ta đã đạt được cùng

3:50

Solution; the solution flows through the engine, absorbing heat along the way.

Dung dịch; dung dịch này chảy qua động cơ, hấp thụ nhiệt năng trên suốt đường đi.

3:53

When it reaches the radiator, it's cooled by a fan as well as air rushing through the front of the car before returning to the hot engine compartment.

Khi chảy tới két làm mát, nó được làm nguội bởi quạt gió cũng như luồng không khí tràn qua đầu xe trước khi quay trở lại khoang động cơ nóng rực.

4:01

So an effective and safe engine coolant must have a high specific heat, a low freezing point, and a high boiling point, but instead of searching all over the world for the

Do đó một dung dịch làm mát động cơ an toàn và hiệu quả phải có nhiệt dung riêng cao, điểm đóng băng thấp và điểm sôi cao, nhưng thay vì tìm kiếm khắp nơi trên thế giới để tìm ra

4:11

Perfect liquid to solve our problem, we can create our own solution. Music Music

Chất lỏng hoàn hảo giải quyết vấn đề của mình, chúng ta có thể tự tạo ra dung dịch cho riêng mình. [Âm nhạc] [Âm nhạc]

Transcript

Hiển thị

The Chemistry of Engine Combustion

Cynthia Chubbuck introduces automotive chemistry through the fuel combustion that powers internal combustion engines. This exothermic reaction releases intense heat that must be absorbed, transferred, and dissipated before metal engine components deform or melt.

Cynthia Chubbuck giới thiệu khía cạnh hóa học của ô tô thông qua quá trình đốt cháy nhiên liệu vận hành động cơ đốt trong. Phản ứng tỏa nhiệt này giải phóng một lượng nhiệt lớn cần được hấp thụ, vận chuyển và giải phóng trước khi các chi tiết kim loại bị biến dạng hoặc nóng chảy.

Music There are over 1 billion cars in the world today getting people where they need to go, but cars aren't just a mode of transportation; they're also a chemistry lesson waiting to be taught.

Forming gases that expand and push the piston, but combustion is an exothermic reaction, meaning it releases heat—lots of it.

Tạo ra các chất khí giãn nở và đẩy pít-tông, nhưng sự đốt cháy là một phản ứng tỏa nhiệt, nghĩa là nó giải phóng nhiệt—rất nhiều nhiệt.

This is where the cooling system comes in; a liquid gets circulated.

Đây chính là lúc hệ thống làm mát phát huy tác dụng; một chất lỏng được luân chuyển tuần hoàn.

1 / 4