Номер 2, страница 311 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 55. Принцип действия тепловых машин. Глава 8. Тепловые машины. Второй закон термодинамики. Молекулярная физика и термодинамика - номер 2, страница 311.

Условие.

2. Почему полезная работа теплового двигателя меньше работы, совершаемой рабочим веществом при расширении?

Решение.

Полезная работа теплового двигателя меньше работы, совершаемой рабочим веществом при расширении, по двум основным причинам.

1. Цикличность работы двигателя. Тепловой двигатель работает в непрерывном режиме, совершая повторяющиеся циклы. Каждый цикл состоит не только из такта расширения, во время которого рабочее вещество (например, горячий газ) совершает работу ($A_{расш}$), но и из такта сжатия, необходимого для возврата рабочего вещества в исходное состояние. Во время сжатия внешние силы совершают работу над рабочим веществом ($A_{сж}$). Следовательно, полная работа, совершаемая рабочим веществом за один цикл ($A_{цикла}$), представляет собой разность между работой расширения и работой сжатия: $A_{цикла} = A_{расш} - A_{сж}$. Поскольку работа сжатия $A_{сж}$ является положительной величиной, полная работа за цикл всегда меньше работы, совершенной на этапе расширения.

2. Энергетические потери. В любом реальном двигателе существуют неизбежные потери энергии, из-за которых не вся работа цикла $A_{цикла}$ может быть использована как полезная. Часть работы расходуется на преодоление сил трения между движущимися деталями (например, между поршнем и цилиндром), а также на привод вспомогательных механизмов, обеспечивающих работу самого двигателя (топливный насос, система охлаждения и т.д.). Эти потери ($A_{потерь}$) уменьшают итоговую полезную работу ($A_{полезн}$): $A_{полезн} = A_{цикла} - A_{потерь} = (A_{расш} - A_{сж}) - A_{потерь}$. Таким образом, полезная работа оказывается значительно меньше работы, совершаемой газом при расширении.

Ответ: Полезная работа теплового двигателя меньше работы при расширении, так как часть этой работы затрачивается на сжатие рабочего вещества для замыкания цикла, а другая часть теряется на преодоление сил трения и привод вспомогательных механизмов самого двигателя.