Номер 10, страница 265 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 6. Термодинамика. Параграф 32. Тепловые двигатели, холодильники и кондиционеры - номер 10, страница 265.

Условие.

10. Чему равен максимально возможный коэффициент полезного действия теплового двигателя? Чем он определяется?

Решение.

Максимально возможный коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — это КПД идеальной тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно. Согласно теореме Карно, ни один тепловой двигатель, работающий между двумя тепловыми резервуарами, не может быть более эффективным, чем двигатель Карно, работающий между теми же двумя резервуарами.

Этот предельный КПД зависит только от абсолютных температур нагревателя и холодильника. Формула для максимального КПД теплового двигателя выглядит следующим образом:

$\eta_{max} = \frac{T_H - T_C}{T_H} = 1 - \frac{T_C}{T_H}$

где $T_H$ — это абсолютная температура нагревателя (горячего резервуара), а $T_C$ — это абсолютная температура холодильника (холодного резервуара). Температуры должны быть выражены в кельвинах (К).

Таким образом, максимально возможный КПД теплового двигателя определяется исключительно разницей температур между нагревателем и холодильником, а также абсолютной температурой самого нагревателя. Он не зависит от рабочего вещества (например, газ или пар) или конструктивных особенностей двигателя. Чтобы повысить КПД, необходимо либо увеличивать температуру нагревателя $T_H$, либо уменьшать температуру холодильника $T_C$. На практике, температура холодильника часто ограничена температурой окружающей среды, поэтому основной путь повышения эффективности — это увеличение температуры нагревателя.

Ответ: Максимально возможный коэффициент полезного действия теплового двигателя равен КПД идеального цикла Карно и вычисляется по формуле $\eta_{max} = 1 - \frac{T_C}{T_H}$. Он определяется только абсолютной температурой нагревателя ($T_H$) и абсолютной температурой холодильника ($T_C$).