Номер 6, страница 190 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

6. В каких машинах используются круговые процессы с положительной работой газа за цикл?

6. В каких машинах используются круговые процессы с положительной работой газа за цикл?

Решение

Круговой процесс, или цикл, в термодинамике — это процесс, в результате которого система возвращается в свое первоначальное состояние. Работа, совершаемая газом за один такой цикл ($A_{цикл}$), графически представляет собой площадь фигуры, ограниченной кривой процесса на диаграмме в координатах давление-объем ($p-V$).

Работа газа считается положительной ($A_{цикл} > 0$), если цикл на диаграмме $p-V$ проходится по часовой стрелке. Это означает, что работа, совершаемая газом при расширении, больше работы, совершаемой над газом при сжатии. В результате система совершает полезную механическую работу. Согласно первому началу термодинамики, для цикла изменение внутренней энергии равно нулю ($\Delta U = 0$), поэтому совершенная работа равна полученному теплу: $A_{цикл} = Q_{цикл}$. Положительная работа означает, что система в целом за цикл получает энергию в виде тепла и преобразует ее часть в работу.

Машины, которые работают на основе таких циклов, называются тепловыми двигателями. Их назначение — преобразование тепловой энергии в механическую работу. Примерами тепловых двигателей являются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) в автомобилях, паровые и газовые турбины на тепловых и атомных электростанциях, а также двигатели Стирлинга.

Ответ: Круговые процессы с положительной работой газа за цикл используются в тепловых двигателях, таких как двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины. Эти машины преобразуют тепло в полезную механическую работу.

7. В каких машинах используются круговые процессы с отрицательной работой газа за цикл?

Решение

Круговые процессы, в которых работа газа за цикл отрицательна ($A_{цикл} < 0$), на диаграмме $p-V$ изображаются кривой, проходимой против часовой стрелки. Отрицательная работа газа означает, что работа внешних сил, совершаемая над газом при сжатии, превышает работу, совершаемую газом при расширении. Таким образом, для осуществления такого цикла необходимо затратить работу извне ($A' = -A_{цикл} > 0$).

По первому началу термодинамики, $Q_{цикл} = A_{цикл} < 0$, что означает, что система в целом за цикл отдает тепло. Фактически, за счет внешней работы $A'$, такие машины переносят тепло от тела с более низкой температурой (холодного резервуара) к телу с более высокой температурой (горячему резервуару). То есть, они "качают" тепло в направлении, обратном естественному.

Такие машины, в зависимости от их практического применения, называются холодильными машинами или тепловыми насосами. Цель холодильной машины — охладить холодный резервуар (например, камеру холодильника). Цель теплового насоса — нагреть горячий резервуар (например, помещение). Примерами таких устройств являются бытовые холодильники, морозильники, кондиционеры воздуха и тепловые насосы для отопления.

Ответ: Круговые процессы с отрицательной работой газа за цикл используются в холодильных машинах и тепловых насосах, которые с помощью внешней работы переносят тепло от холодного тела к горячему.