Номер 8, 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 8, страница 265.

Условие.

8. Что используют обычно в качестве холодильника при работе теплового двигателя? Проиллюстрируйте ваш ответ примерами.

Решение.

В качестве холодильника в тепловом двигателе выступает тело или система, которой рабочее тело (например, газ или пар) отдает теплоту, не преобразованную в механическую работу. Для непрерывной работы двигателя и для повышения его коэффициента полезного действия (КПД) необходимо иметь такой «холодильник». Максимальный теоретический КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно, определяется формулой: $\eta_{max} = 1 - \frac{T_{хол}}{T_{нагр}}$, где $T_{нагр}$ — абсолютная температура нагревателя, а $T_{хол}$ — абсолютная температура холодильника. Из формулы видно, что чем ниже температура холодильника, тем выше КПД.

На практике в качестве холодильника для подавляющего большинства тепловых двигателей используется окружающая среда. Она является наиболее доступным и практически неисчерпаемым резервуаром с относительно низкой температурой, способным поглотить огромное количество теплоты без заметного повышения собственной температуры.

Примеры использования окружающей среды в качестве холодильника:

1. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля:
В автомобильном двигателе роль холодильника выполняет окружающий воздух (атмосфера). Часть теплоты, которая не пошла на совершение работы, отводится от горячих деталей двигателя через систему жидкостного или воздушного охлаждения. В жидкостной системе тепло передается охлаждающей жидкости, которая затем в радиаторе отдает это тепло в атмосферу. Также значительная часть теплоты уносится с горячими выхлопными газами, которые выбрасываются непосредственно в атмосферу.

2. Паровая турбина тепловой электростанции (ТЭС):
На ТЭС отработавший в турбине пар, который еще содержит много тепловой энергии, направляется в конденсатор. В качестве холодильника здесь используется вода из ближайшего крупного водоема (реки, озера, моря). Вода, проходя по трубкам конденсатора, охлаждает пар, заставляя его сконденсироваться обратно в воду. Нагретая в конденсаторе вода либо возвращается в водоем, либо направляется в специальные охладительные башни (градирни), где она отдает тепло уже атмосферному воздуху. Таким образом, конечным холодильником все равно выступает окружающая среда.

Ответ: В качестве холодильника при работе теплового двигателя обычно используют окружающую среду: атмосферный воздух или воду из естественных водоемов. Например, в двигателях автомобилей тепло отводится в атмосферу, а на тепловых электростанциях для охлаждения пара используется вода из рек и озер.