Номер 1, страница 288 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 59. Тепловые двигатели. 10. Термодинамика. Молекулярная физика - номер 1, страница 288.

Условие.

1. Какие устройства относят к тепловым двигателям? Почему в качестве рабочего тела в тепловых двигателях используют газы и пары?

Решение.

Какие устройства относят к тепловым двигателям?

К тепловым двигателям относят устройства, которые преобразуют внутреннюю энергию топлива (или любую другую тепловую энергию) в механическую работу. Принцип их действия основан на циклических процессах, в ходе которых рабочее тело, получая тепло от нагревателя, расширяется и совершает работу, а затем, отдавая часть тепла холодильнику, возвращается в исходное состояние. Примерами тепловых двигателей являются: двигатели внутреннего сгорания (ДВС), используемые в автомобилях; паровые машины и паровые турбины, применяемые на тепловых и атомных электростанциях; газовые турбины, устанавливаемые на самолетах и электростанциях; реактивные двигатели; двигатели Стирлинга.

Ответ: Тепловые двигатели — это устройства, преобразующие тепловую энергию в механическую работу. К ним относятся двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины, реактивные двигатели и другие.

Почему в качестве рабочего тела в тепловых двигателях используют газы и пары?

В качестве рабочего тела в тепловых двигателях используют газы и пары по нескольким ключевым причинам, связанным с их физическими свойствами. Во-первых, это высокий коэффициент теплового расширения. При нагревании газы и пары способны значительно увеличиваться в объеме, гораздо сильнее, чем жидкости и твердые тела при тех же изменениях температуры. Именно это расширение позволяет совершать значительную механическую работу ($A' = p \Delta V$), например, толкая поршень в цилиндре или вращая лопатки турбины. Во-вторых, это способность создавать высокое давление. При нагревании в замкнутом объеме давление газа или пара сильно возрастает, и эта сила давления может быть использована для совершения работы. В-третьих, это сжимаемость. Газы и пары легко сжимаются, что необходимо для осуществления термодинамического цикла, на котором основана работа любого теплового двигателя (например, такт сжатия в ДВС). Таким образом, использование газов и паров в качестве рабочего тела обусловлено их способностью эффективно преобразовывать подводимую к ним теплоту в работу за счет значительного изменения своего объема и давления при нагревании.

Ответ: Газы и пары используют в качестве рабочего тела, потому что они обладают свойством значительно расширяться при нагревании, создавая высокое давление и совершая при этом большую механическую работу, что и является целью работы теплового двигателя.