Номер 3, страница 168 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.9. Второй закон термодинамики - номер 3, страница 168.

Условие.

3. Что понимают под коэффициентом полезного действия теплового двигателя?

Решение.

Решение

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — это физическая величина, характеризующая эффективность преобразования тепловой энергии в полезную механическую работу. Он показывает, какая доля энергии, полученной от горячего источника (нагревателя), используется для совершения работы, а не теряется в виде тепла, отданного холодному источнику (холодильнику).

КПД, который обычно обозначается греческой буквой $\eta$ (эта), определяется как отношение полезной работы $\text{A}$, совершенной двигателем, к количеству теплоты $Q_1$, полученному от нагревателя за то же время:

$\eta = \frac{A}{Q_1}$

Согласно первому закону термодинамики (закону сохранения энергии), работа, совершаемая тепловым двигателем, равна разности между количеством теплоты $Q_1$, полученным от нагревателя, и количеством теплоты $Q_2$, отданным холодильнику:

$A = Q_1 - Q_2$

Подставив это выражение для работы в формулу для КПД, мы можем выразить его через количества теплоты:

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

КПД является безразмерной величиной. Его часто выражают в процентах, для этого полученное значение умножают на 100%. Согласно второму закону термодинамики, невозможно создать тепловой двигатель, который бы всю полученную теплоту превращал в работу ($Q_2 > 0$), поэтому КПД любого реального теплового двигателя всегда меньше 1 (или 100%).

Ответ: Под коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя понимают физическую величину, равную отношению полезной работы, совершенной двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. Он показывает, какая доля полученной тепловой энергии преобразуется в механическую работу.