Номер 4, 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 4, страница 311.

Условие.

4. Что называют КПД теплового двигателя?

Решение.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — это безразмерная физическая величина, характеризующая эффективность работы двигателя. Она показывает, какая доля энергии, полученной от сгорания топлива (от нагревателя), преобразуется в полезную механическую работу, а не рассеивается в виде тепла в окружающую среду.

Принцип работы любого теплового двигателя основан на циклическом процессе, в ходе которого рабочее тело (например, газ или пар) получает от более горячего источника (нагревателя) количество теплоты $Q_1$, совершает механическую работу $A_{пол}$ и передает некоторую часть тепла $Q_2$ более холодному источнику (холодильнику или окружающей среде).

Согласно закону сохранения энергии, совершенная двигателем полезная работа равна разности между количеством теплоты, полученным от нагревателя, и количеством теплоты, отданным холодильнику: $A_{пол} = Q_1 - Q_2$

По определению, КПД (обозначается греческой буквой $\eta$ – "эта") равен отношению полезной работы $A_{пол}$ к общему количеству теплоты $Q_1$, полученному от нагревателя.

Математически это выражается формулой: $\eta = \frac{A_{пол}}{Q_1}$

Если подставить в эту формулу выражение для полезной работы, получим еще одно равенство для расчета КПД: $\eta = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$

Из формулы видно, что КПД всегда меньше единицы (или 100%), так как часть энергии ($Q_2$) неизбежно теряется и передается холодильнику. Это является фундаментальным следствием второго начала термодинамики. Чем меньше доля отданной теплоты $Q_2$ по сравнению с полученной $Q_1$, тем выше эффективность теплового двигателя.

Ответ: КПД теплового двигателя – это физическая величина, равная отношению полезной механической работы, совершенной двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.