Номер 1, страница 244 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 9. Основы термодинамики. Параграф 44. КПД тепловых двигателей. Второй закон термодинамики. Цикл Карно. Вопросы - номер 1, страница 244.

Условие.

1. Для чего используются нагреватель, рабочее тело и холодильник в тепловом двигателе?

Решение.

В тепловом двигателе каждый из трех основных компонентов — нагреватель, рабочее тело и холодильник — выполняет свою ключевую роль в процессе преобразования тепловой энергии в механическую работу. Работа теплового двигателя основана на циклическом процессе.

Нагреватель — это источник тепловой энергии, обладающий высокой температурой $T_1$. Его основная функция — передать рабочему телу определенное количество теплоты $Q_1$. За счет полученной энергии внутренняя энергия рабочего тела возрастает, что приводит к его расширению. В двигателях внутреннего сгорания роль нагревателя выполняет сгорающая топливно-воздушная смесь.

Рабочее тело — это вещество, которое непосредственно совершает механическую работу. Чаще всего это газ или пар. Получив теплоту $Q_1$ от нагревателя, рабочее тело расширяется и толкает поршень или вращает лопатки турбины, совершая полезную работу. Примерами рабочего тела служат продукты сгорания топлива в ДВС или водяной пар в паровых турбинах.

Холодильник — это объект или среда с более низкой температурой $T_2$, чем у нагревателя. Его функция — принимать от рабочего тела количество теплоты $Q_2$, которое не было преобразовано в работу. Отвод тепла к холодильнику является необходимым условием для замыкания цикла: рабочее тело должно охладиться и сжаться, чтобы вернуться в свое первоначальное состояние и быть готовым к новому циклу. Без холодильника двигатель не смог бы работать циклически. В большинстве случаев роль холодильника выполняет окружающая среда (атмосферный воздух, вода). Полезная работа, совершаемая двигателем за один цикл, определяется разностью: $A = Q_1 - Q_2$.

Ответ: В тепловом двигателе нагреватель служит источником тепла для рабочего тела. Рабочее тело, получая это тепло, расширяется и совершает механическую работу. Холодильник отводит от рабочего тела избыточное тепло, что позволяет завершить термодинамический цикл и обеспечить непрерывную работу двигателя.