Номер 5, страница 190 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

5. При каком условии работа газа в круговом процессе положительна? отрицательна?

5. При каком условии работа газа в круговом процессе положительна? отрицательна?

Решение

Работа газа $\text{A}$ в круговом (циклическом) процессе — это работа, совершаемая системой за один полный цикл, после которого система возвращается в свое первоначальное состояние. В координатной плоскости давление-объем ($p-V$) работа за цикл численно равна площади, ограниченной кривой процесса. Знак работы зависит от направления обхода этого контура.

Работа газа считается положительной ($A > 0$), если цикл на диаграмме $p-V$ проходится по часовой стрелке. Это означает, что работа, совершаемая газом на участке расширения (увеличения объема), превосходит по модулю работу, совершаемую над газом внешними силами на участке сжатия (уменьшения объема). В результате за один цикл система совершает полезную работу. Такие циклы характерны для тепловых двигателей, которые преобразуют тепло в работу.

Работа газа считается отрицательной ($A < 0$), если цикл на диаграмме $p-V$ проходится против часовой стрелки. В этом случае, наоборот, работа, совершаемая над газом при сжатии, по модулю больше, чем работа, которую совершает сам газ при расширении. Это означает, что для осуществления такого цикла необходимо совершить работу над системой извне. Такие циклы лежат в основе работы холодильных машин и тепловых насосов, которые за счет внешней работы переносят тепло от холодного тела к горячему.

Ответ: Работа газа в круговом процессе положительна, если цикл на диаграмме давление-объем ($p-V$) проходится по часовой стрелке, и отрицательна, если цикл проходится против часовой стрелки.

6. В каких машинах используются круговые процессы?

Решение

Круговые процессы (или термодинамические циклы) являются фундаментальным принципом работы всех циклически действующих тепловых машин. Эти машины можно разделить на два основных класса в зависимости от их назначения и направления цикла.

Первый класс — это тепловые двигатели. Они работают по прямому циклу (по часовой стрелке на диаграмме $p-V$), в котором совершается положительная работа за счет подводимой теплоты. Их основная задача — преобразование тепловой энергии в механическую работу. Примерами таких машин являются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) в автомобилях, паровые турбины на электростанциях, газотурбинные двигатели в авиации, двигатели Стирлинга.

Второй класс — это холодильные машины и тепловые насосы. Они работают по обратному циклу (против часовой стрелки на диаграмме $p-V$), который требует затрат внешней работы для своего осуществления. Их задача — перенос теплоты от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой. К таким устройствам относятся бытовые холодильники, морозильные камеры, системы кондиционирования воздуха и тепловые насосы, используемые для отопления помещений.

Ответ: Круговые процессы используются в тепловых двигателях (например, двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины), которые преобразуют тепло в работу, и в холодильных машинах и тепловых насосах (например, холодильники, кондиционеры), которые используют работу для переноса тепла от холодного тела к горячему.