Номер 9, страница 97 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

9. Укажите пути повышения КПД тепловых машин.

9. Укажите пути повышения КПД тепловых машин.

Исходя из формулы для максимального КПД идеальной тепловой машины $\eta_{max} = 1 - \frac{T_2}{T_1}$, можно выделить основные способы его повышения. Чтобы увеличить значение $\eta_{max}$, необходимо уменьшить отношение $\frac{T_2}{T_1}$. Этого можно достичь следующими путями:

1. Повышение температуры нагревателя ($T_1$). Увеличение температуры рабочего тела (например, пара в турбинах или продуктов сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания) в начале рабочего цикла напрямую ведет к росту КПД. Главным ограничением здесь является жаропрочность и жаростойкость материалов, из которых сделаны самые горячие части двигателя. Поиск и создание новых материалов — ключевая задача для дальнейшего повышения КПД.

2. Понижение температуры холодильника ($T_2$). Снижение температуры, при которой отработанное рабочее тело отдает теплоту холодильнику, также увеличивает КПД. Однако на практике этот путь сильно ограничен, так как в роли холодильника чаще всего выступает окружающая среда (атмосферный воздух, вода в реке или море), и ее температура является практически постоянной величиной, которую сложно изменить.

Помимо этих термодинамических методов, для повышения КПД реальных (а не идеальных) тепловых машин крайне важно:

3. Уменьшение энергетических потерь. В реальных двигателях существуют различные потери, не учитываемые в цикле Карно. Снижение этих потерь повышает фактический КПД. К таким мерам относятся: уменьшение трения между движущимися деталями (за счет использования современных смазочных материалов и подшипников), улучшение теплоизоляции для сокращения потерь тепла в окружающую среду, а также оптимизация процессов сгорания топлива для его наиболее полного использования.

Ответ: Основными путями повышения КПД тепловых машин являются: 1) повышение температуры нагревателя ($T_1$); 2) понижение температуры холодильника ($T_2$); 3) в реальных машинах — уменьшение потерь энергии на трение и непроизводительный теплообмен с окружающей средой.