Номер 4, страница 291 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Творческие задания. Параграф 60. Второй закон термодинамики. 10. Термодинамика. Молекулярная физика - номер 4, страница 291.

Условие.

4. Каким образом можно сформулировать определение понятия «коэффициент полезного действия человека»?

Решение.

Решение

Для того чтобы сформулировать определение понятия «коэффициент полезного действия человека», необходимо рассмотреть человеческий организм как термодинамическую систему, которая преобразует энергию. Общее физическое определение коэффициента полезного действия (КПД) — это отношение полезной работы, совершённой системой, к общему количеству энергии, затраченной на совершение этой работы.

Применительно к человеку:

Затраченная энергия ($E_{затраченная}$) — это химическая энергия, которую организм получает в результате окисления питательных веществ (пищи). Эта энергия расходуется на все процессы жизнедеятельности, включая поддержание температуры тела, работу внутренних органов и совершение механической работы.

Полезная работа ($A_{полезная}$) — это та часть затраченной энергии, которая преобразуется во внешнюю механическую работу, то есть работу, совершаемую человеком над внешними телами (например, подъем груза, толкание тележки, вращение педалей велосипеда).

Значительная часть затраченной организмом энергии (обычно около 75–80%) не идет на совершение полезной механической работы, а преобразуется во внутреннюю энергию и рассеивается в виде тепла, необходимого для поддержания постоянной температуры тела и других физиологических процессов. Поэтому КПД человека как механической системы относительно невелик (в среднем 20–25%).

Таким образом, определение можно сформулировать следующим образом: коэффициент полезного действия человека — это физическая величина, равная отношению полезной механической работы, совершённой человеком, к общему количеству энергии, выделившейся в его организме за счёт метаболических процессов за то же время.

Формула для расчёта КПД человека имеет вид:

$\eta = \frac{A_{полезная}}{E_{затраченная}} \cdot 100\%$

где $\eta$ (эта) — КПД, $A_{полезная}$ — полезная механическая работа, а $E_{затраченная}$ — полная затраченная организмом энергия.

Ответ: Коэффициент полезного действия человека — это отношение совершённой им полезной механической работы к полному количеству энергии, затраченной его организмом за это же время за счет переработки пищи.