Номер 7, страница 74, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика. Глава VI. Термодинамика. Параграф 33. Тепловые двигатели. Второй закон термодинамики - номер 7, страница 74.

Условие.

7. Чему равны полезная работа, совершённая двигателем за некоторый промежуток времени, и КПД теплового двигателя, если за этот промежуток времени нагреватель передал тепловому двигателю количество теплоты, равное $1 \text{ кДж}$, а тепловой двигатель отдал охладителю количество теплоты, равное $650 \text{ Дж}$?

Решение 2.

Дано:

Количество теплоты, полученное от нагревателя: $Q_1 = 1 \text{ кДж}$

Количество теплоты, отданное охладителю: $Q_2 = 650 \text{ Дж}$

Перевод в систему СИ:

$Q_1 = 1 \text{ кДж} = 1 \times 1000 \text{ Дж} = 1000 \text{ Дж}$

Найти:

Полезная работа, $A_{полезная} - ?$

КПД теплового двигателя, $\eta - ?$

Решение:

Полезная работа, совершённая двигателем за некоторый промежуток времени

Полезная работа, которую совершает тепловой двигатель, представляет собой разность между количеством теплоты, полученной от нагревателя ($Q_1$), и количеством теплоты, переданной охладителю ($Q_2$). Это следует из первого закона термодинамики, примененного к циклическому процессу.

Формула для вычисления полезной работы:

$A_{полезная} = Q_1 - Q_2$

Подставим в формулу данные из условия задачи:

$A_{полезная} = 1000 \text{ Дж} - 650 \text{ Дж} = 350 \text{ Дж}$

Ответ: полезная работа, совершённая двигателем, равна 350 Дж.

КПД теплового двигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — это физическая величина, показывающая, какая доля теплоты, полученной от нагревателя, превращается в полезную работу. Он вычисляется как отношение полезной работы ($A_{полезная}$) к количеству теплоты, полученной от нагревателя ($Q_1$).

Формула для вычисления КПД:

$\eta = \frac{A_{полезная}}{Q_1}$

Подставим в формулу ранее найденное значение полезной работы и данные из условия:

$\eta = \frac{350 \text{ Дж}}{1000 \text{ Дж}} = 0.35$

Обычно КПД выражают в процентах. Для этого полученное значение нужно умножить на 100%:

$\eta = 0.35 \times 100\% = 35\%$

Ответ: КПД теплового двигателя равен 35%.