Зависимость давления в шинах от температуры
Подробно о давлении в шинах велосипеда описано в отдельной статье на нашем сайте: «Давление в велосипедных шинах».
Здесь же мы обсудим только один нюанс: влияние температуры на давление в накачанном колесе. Причем это влияние имеет одинаковую природу и последствия для любых шин – велосипедных, мопедных, мотоциклетных и автомобильных.
От чего зависит температура воздуха в покрышке?
Прежде всего от температуры воздуха окружающей среды, где находится велосипед, (мотоцикл, автомобиль) при стоянке. Т.е. если колеса накачаны до давления 2,5 атмосферы дома или в гараже, где температура 20 °С, а затем байк (мотоцикл, автомобиль) выезжает на улицу, где температура +30 °С, то давление в шине уже чуть-чуть поднимается.
Далее. Колеса начинают катиться по горячему асфальту и соответственно нагреваются от соприкосновения с самим асфальтом и от возникающей силы трения резины об асфальт. В результате давление опять поднимается. Конечно, на велосипеде нагревание от трения заметно очень и очень мало и волнует только больших профессионалов на гонках, но при большом перепаде температур – в сильную жару или в холод это уже становится заметно. Этот фактор (нагрев от трения резины об асфальт) для автомобилистов и мотоциклистов гораздо важнее – скорости там значительно больше, чем на велосипеде и, соответственно, сила трения то же.
Нельзя сказать, что этот вопрос критически важен, но учитывать его нужно и особенно это заметно при значительных перепадах: более 15-20 градусов.
Например, если велосипед хранится зимой в теплой квартире или отапливаемом гараже при температуре +20 – +25 °С, а кататься Вы выезжаете зимой на -10 °С, то перепад составляет 30-35 градусов. Едет велосипед по снегу, снежной корке или льду, холодному замёрзшему асфальту, у которого температура то же не +20, и в итоге давление в колесе уменьшается примерно на 0,3 bar. А это уже значительно.
Как рассчитать давление в колесе в зависимости от температуры?
Мы не будем глубоко вдаваться в физику процесса.
Это все объясняет закон Шарля (второй закон Гей-Люссака), о котором можно почитать в учебниках физики или в википедии.
Приведем его основную идею и формулу для расчета.
Закон Шарля гласит, что «Давление газа фиксированной массы и фиксированного объёма прямо пропорционально абсолютной температуре газа.» В накачанном колесе как раз газ (воздух) фиксированной массы и объёма и чем выше температура – тем выше давление. Зимой на холоде в колесах оно уменьшается, а летом на солнце – увеличивается.
Сама формула рассчета давления в шинах в зависимости от температуры воздуха выглядит следующим образом:
Пример расчета: Если известно давление в колесе при 0°С, например, оно составляет 2,5 атмосферы (bar), то для расчета давления при температуре 25°С используем эту формулу и получаем:
«Давление при 0°С» * (273 + 25) / 273
2,5 * (273+25) / 273 = 2,73 ≈ 2,7 bar
Еще раз напомним, что: 273 – это температура в градусах по шкале Кельвина, а не в градусах по Цельсию.
Для облегчения жизни приведем таблицу изменения давления в колесе, накаченном при 0°С, в зависимости от температуры воздуха.
Если Вы измеряли давление при +20°С и хотите понять какое оно станет зимой на улице при температуре -15°С, то формула примет вид:
2,5 * (273 + -15) / (273 + 20) = 2,5 * 258 / 293 = 2,2 bar
В общем случае, если считать очень грубо и приблизительно, то можно сказать, что при давлении более 2 bar изменение температуры на каждые 8-10 °С приводит к изменению давления примерно на 0,1 Bar.
Опять, же для удобства приведем таблицу быстрого получения значений давления в колесе в зависимости от температуры воздуха на улице, в случае, если байкер накачивал его дома, при +20 °С.
Изменение давления особенно нужно учитывать в случаях, если шины накачиваются летом в домашних условиях до давления близкого к максимальному и поездка предстоит по жаре или наоборот, колеса качаются близко до минимальных значений, а поездка предстоит по холоду. Главное, чтобы не выйти за пределы минимальных и максимальных значений, указанных на покрышке.
Эта таблица работает так же для мотоциклетных и автомобильных колес. Даже если их накачивают гелием. Гелий ведь то же газ и так же подчиняется всем законам физики, несмотря на то, что об этом говорят работники СТО.
Комментарии (1)
Комментарии
KIN 17.07.2018 16:35
Весьма интересный и, очевидно, полезный материал. Но желательно понимать, что упругость шины, а весь сыр-бор именно из-за этого, определяется не только давлением газа в ней, но и самой шиной, т.е. ее материалом и конструкцией. Это, к сожалению, нам не подвластно. Но в самом общем случае, исходя из того, что резина при нагревании уменьшает свою упругость, можно предположить, что общая упругость системы в какой-то степени выравнивается при ее нагревании либо от температуры внешней среды, либо от трения о поверхность при качении.
Как меняется давление в шинах при изменении температуры
Проведено исследование изменения давления в шине легкового автомобиля ВАЗ при изменении температурного режима окружающей среды. Анализ результатов свидетельствует о больших колебаниях давления в шинах автомобиля при изменении температурного режима в процессе эксплуатации расчетным путем определены изменения давлений в шине легкового автомобиля при различных изменениях температуры после закачки газов до давления, рекомендованного заводом-изготовителем транспортного средства.
Автомобильный транспорт, без сомнения, является становым хребтом экономики государств. Базовой частью любого автомобиля являются шины. Давления газов в шинах регламентируется рекомендациями заводовизготовителей транспортных средств. Чаще всего давление в шинах создается закачкой атмосферного воздуха.
Состав сухого воздуха приведен в табл. 1.
В воздухе присутствует и водяной пар. Его содержание составляет по объему
Таблица 1. Состав сухого воздуха на высоте уровня моря
Углекислый газ (СО2)
до 4%. По данным исследований состав воздуха на различной высоте атмосферной оболочки до 22 км сходен с составом воздуха у поверхности Земли. Коэффициенты объемного расширения основных газов воздуха β, 10-3К-1 составляют: азот-3,672; аргон — 3,676; водород — 3,664; гелий — 3,66; углекислый газ3,726; кислород -3,672; неон -3,661, а сухого воздуха — 3,665.
По данным срочных наблюдений за изменением температуры воздуха в различных климатических зонах земного шара можно сделать вывод, что она существенно зависит от поступления в атмосферу и на земную поверхность солнечной радиации. Из-за вращения Земли вокруг своей оси наблюдается суточный ход потоков солнечной энергии, а в зависимости от ее положения на орбитесезонный. Кроме того, сферичность планеты обуславливает зависимость поступления солнечной радиации от географической широты. Неоднородность полей температуры определяется особенностями теплообмена земной поверхности с атмосферой, фазовыми преобразованиями воды, свойствами подстилающей поверхности. Диапазон изменения температур может быть охарактеризован такими данными. Минимальная температура воздуха в феврале 1892г. в Верхоянске составляла -67,8ºС, на станции «Восток» в Антарктиде88,3ºС, а максимальная в Тиндуфе (пустыня Сахара) — 57,1ºС. На континентах колебание суточных значений температуры воздуха достигает 20-25ºС, а в пустынных, засушливых районах -30-35ºС. Анализ многочисленных материалов наблюдений показывает, что на формирование суточного хода температуры значительное влияние оказывают особенности рельефа и высота местности над уровнем моря. В своих исследованиях выдающийся русский исследователь А.И.Воейков доказал, что в вогнутых формах рельефа суточная амплитуда колебания температуры воздуха больше, а на выпуклых меньше, чем на равнине. В вогнутых формах рельефа, котловинах, долинах и т.п. в дневное время увеличивается прогревание воздуха, а в ночноевыхолаживание. В низкие формы рельефа стекает воздух с выпуклых формвершин, склонов, охлажденный на них ночью. горно-долинная и бризовая циркуляция также определяют особенности суточного хода температуры. Данные срочных наблюдений за температурой воздуха в мегаполисах показывают большие перепады между центром и окраинами в одно и то же время. Так, в г. Москве она достигает 10-12ºС ( особенно в зимнее время).
Рассмотрим вопросы изменения давления в шине 175/70R13 легкового автомобиля ВАЗ при изменении температурного режима окружающей среды. Принимаем, что объем закачиваемого в шину газа составляет 40л, а рекомендуемое заводом-изготовителем давление составляет 2.0 кгс/см2. При закачке в шины воздуха принимаем, что содержание водяных паров в нем составляет 2%. Тогда содержание закачиваемых основных компонентов воздуха в шину при давлении 101,3 кПа по объему в соответствии с законом Дальтона о парциальном давлении всех входящих в него газов составит: азот — 30,61л; кислород — 8,21л; пары воды — 0,8л; аргон — 0,37л; углекислый газ — 0,01л. Осуществление работ по закачке газов в шину может выполняться при различном температурном режиме окружающей среды. Определим массу основных закачиваемых в шину газов при температуре воздуха 5ºС, 10ºС и 20ºС и доведении давления до 2,0 кгс/см2. Расчет выполняем по уравнению:
a =0.01605 p M V/273+t ( 1)
- а -весовое количество газа (в г) в данном объеме V (в л );
- р — давление газа в мм рт. ст.; М — молекулярный вес газа;
- t — температура в ºС.
Результаты расчетов сведены в таблицу 2
Таблица 2. Весовое количество основных компонентов воздуха и азота (в г. ), закачиваемых в шину легкового автомобиля при различной температуре окружающей среды и доведения давления до 2 атм ( 202,6 кПа)
Масса основных газов воздуха и азота, закачиваемых в шину при температуре окружающей среды в ºС
Горячая, теплая или холодная? Как температура влияет на давление в шине
Как неоднократно говорилось, регулярное обслуживание не только улучшает ходимость, но и повышает надежность. Из всех способов ухода, самым важным для нас является регулярная проверка давления в колесе. Оптимальное давление(рекомендованное производителем) равняется оптимальной отдаче при эксплуатации.
Вы знаете, что давление зависит от температурных изменений и климатических условий? Да, это так – оно изменяется в теплую и холодную погоду. Что мы помним из школьного курса физики? То, что при нагреве газ расширяется и увеличивается в объеме. А при низких температурах газ сжимается. Тот же самый процесс происходит внутри ваших колес. В странах, где температура существенно меняется на протяжении дня, очень важно уделять внимание давлению.
Научно доказано, что внутреннее давление изменяется на 3-4% при изменении температуры на 10°C. Проще говоря:
- Если температура повысилась на 10°C , давление увеличилось на 3-4%;
- Если температура снизилась на 10°C (18°F), давление уменьшилось на 3-4%.
Итак, с этим разобрались. Идем далее.
Не только наружную температуру воздуха следует принимать во внимание при проверке и подкачке. Есть еще и тепло, генерированное самой шиной, что также приводит к изменению давления.
Суть вопроса в том. а как это влияет на работу?
Представьте такую ситуацию: ваш механик проверяет шины, и давление в норме – точно соответствует рекомендациям производителя. Все отлично. Затем (вскоре после проверки давления) температура окружающего воздуха существенно повышается (такое случается во многих уголках мира). Плюс к этому, резина разогрелась от работы. Комбинация этих двух факторов ведет к существенному увеличению давления и негативно влияет на работоспособность.
Всегда помните, что избыточное давление ведут к интенсивному и неравномерному износу — это враг номер один при эксплуатации колес.
Тот же принцип действует и в обратном направлении: наружная температура резко падает (к примеру, в суровую зиму) или при эксплуатации на снегу или льду. Сцепление падает, ухудшается маневренность и сцепление, портится каркас, идет увеличение расхода топлива.
А есть ли способ контролировать ситуацию и как предотвратить скачки давления? Настоятельно рекомендуем тщательно соблюдать рекомендации производителя. Помните, что номинальное давление надо проверять утром – когда транспортное средство еще не использовалось, а шины не нагрелись.
Но если вдруг наружная температура значительно изменилась (сильный мороз или жара), вам следует несколько отклониться от рекомендуемого давления – во избежание потенциальных проблем. Но пытайтесь это делать самостоятельно. Всегда предварительно проконсультируйтесь со специалистами по шинам. Он учтет особенности транспортного средства, режим эксплуатации, температуру и климат, а уж только затем даст рекомендацию по «тонкой настройке» давления. Помните главное, если есть какие-либо вопросы по давлению в колесе, не стесняйтесь попросить совет у специалиста по спецшинам.
Как меняется давление в шинах при изменении температуры воздуха?
Давление в шинах является важным показателем, так как воздух держит вес автомобиля, учитывается степень сцепления покрышек с дорожным полотном. Нужно следить, чтобы шины были накачаны в соответствие с их характеристиками.
Автомобильные шины нуждаются в постоянном уходе, давление нужно постоянно контролировать, оно не должно меняться под влиянием окружающей среды или небольшого прокола. Производители автомобилей указывают в сервисной книжке машины величину давления в холодных шинах. Оно также отражается на информ.табличке. Проверку давления следует проводить утром, до выезда с парковки или из гаража. Автолюбителям следует помнить, что если температура окружающей среды возрастает на 8°С, то давление в колёсах меняется на 0,1 атмосферы.
В случае повышения температуры воздуха, давление растёт, при понижении оно падает. В различных регионах страны среднестатистическая летняя температура находится в пределах 27-28 °С.
Автолюбителям нужно учитывать, что зимой давление становится меньше на 0,35 атмосферы. Такой недостаток оказывает значительное влияние на степень управляемости машиной. Сила сцепления покрышек с дорогой и их износ в различных регионах страны разнятся между собой.
Температура шин в условиях ночного похолодания не превышает 11°С.
Это означает, что давление, которое выставили рано утром, в 12:00 дня будет на 0,13 атмосферы выше, при условии, что машина находится в тени. Если накачать колесо в летний полдень, когда стоит жара, а вслед за этим поставить машину в прохладный гараж, то утром следующего дня давление в шинах будет на 0,12 атмосферы меньше.
Влияние внешней среды следует в обязательном порядке учитывать при установлении давления в шинах.
При невысоких показателях снижаются характеристики покрышки, приемистость автомобиля при разгоне ухудшается. Если перекачать колесо, то возникает угроза заноса транспортного средства. Сцепление такой шины с дорожным полотном становится хуже, пятно центральной дорожки уменьшается.