Номер 7, страница 97 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

7. Что понимают под КПД тепловой машины?

7. Под коэффициентом полезного действия (КПД) тепловой машины понимают физическую величину, характеризующую эффективность её работы. КПД показывает, какая доля энергии, полученной от нагревателя, преобразуется в полезную механическую работу.

Тепловая машина работает циклически, получая за один цикл количество теплоты $Q_1$ от источника с высокой температурой (нагревателя), совершая полезную механическую работу $A_п$ и отдавая количество теплоты $Q_2$ источнику с низкой температурой (холодильнику).

По определению, КПД ($\eta$) равен отношению полезной работы $A_п$ к количеству теплоты $Q_1$, полученному от нагревателя:

$\eta = \frac{A_п}{Q_1}$

Согласно первому началу термодинамики, работа, совершаемая за цикл, равна разности между полученным и отданным количеством теплоты:

$A_п = Q_1 - Q_2$

Подставив это выражение в формулу для КПД, можно получить другую форму его записи:

$\eta = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$

Где:

• $A_п$ — полезная работа, совершаемая тепловой машиной;
• $Q_1$ — количество теплоты, полученное от нагревателя;
• $Q_2$ — количество теплоты, отданное холодильнику.

КПД является безразмерной величиной. Его часто выражают в процентах, умножая полученное значение на 100%. В соответствии со вторым началом термодинамики, невозможно создать тепловую машину, у которой всё полученное тепло полностью превращалось бы в работу. Это означает, что всегда есть тепловые потери ($Q_2 > 0$), и, следовательно, КПД любой тепловой машины всегда меньше 1 (или 100%).

Максимально возможный КПД для тепловой машины, работающей между абсолютными температурами нагревателя $T_1$ и холодильника $T_2$, определяется КПД идеального цикла Карно:

$\eta_{max} = \frac{T_1 - T_2}{T_1} = 1 - \frac{T_2}{T_1}$

КПД реальных тепловых двигателей всегда ниже этого теоретического предела из-за необратимых потерь, таких как трение и теплообмен с окружающей средой.

Ответ: Под КПД тепловой машины понимают отношение полезной механической работы, совершенной машиной за цикл, к количеству теплоты, полученному от нагревателя за тот же цикл. Эта величина показывает, какая часть подведенной тепловой энергии превращается в полезную работу.