Номер 1, страница 182 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.11. Тепловые двигатели - номер 1, страница 182.

Условие.

? 1. Изобразите принципиальные схемы тепловой и холодильной машин.

Решение.

Принципиальная схема тепловой машины

Тепловая машина — это устройство, которое циклически преобразует тепловую энергию в механическую работу. Принцип её работы основан на получении тепла от более нагретого тела (нагревателя), преобразовании части этого тепла в работу и передаче оставшейся части тепла более холодному телу (холодильнику).

Основные элементы тепловой машины:

1. Нагреватель — источник тепловой энергии с высокой температурой $T_1$. Он передает рабочему телу количество теплоты $Q_1$.
2. Рабочее тело (например, газ или пар) — вещество, которое совершает работу $\text{A}$ при расширении.
3. Холодильник — тело с более низкой температурой $T_2$, которому рабочее тело отдает неиспользованное количество теплоты $Q_2$.

Схематически работа тепловой машины выглядит следующим образом:

 +-----------------+ | Нагреватель | | (Температура T₁) | +-----------------+ | | Q₁ (Полученное тепло) ↓ +-----------------+ | Рабочее тело | → A (Совершённая работа) | (Тепловая машина)| +-----------------+ | | Q₂ (Отданное тепло) ↓ +-----------------+ | Холодильник | | (Температура T₂)| +-----------------+ 

Согласно первому закону термодинамики, совершаемая работа равна разности между полученным и отданным количеством теплоты: $A = Q_1 - Q_2$.

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины определяется как отношение совершенной работы к количеству теплоты, полученному от нагревателя: $ \eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1} $

Ответ: Принципиальная схема тепловой машины включает нагреватель, рабочее тело и холодильник. Рабочее тело получает тепло $Q_1$ от нагревателя, совершает работу $\text{A}$ и отдает оставшееся тепло $Q_2$ холодильнику.

Принципиальная схема холодильной машины

Холодильная машина — это устройство, которое работает по обратному циклу тепловой машины. Она переносит тепло от менее нагретого тела (охлаждаемого объекта) к более нагретому телу (окружающей среде) за счет совершения внешней работы.

Основные элементы холодильной машины:

1. Охлаждаемый объект (холодильная камера) — источник тепла с низкой температурой $T_2$. От него рабочее тело (хладагент) забирает количество теплоты $Q_2$.
2. Рабочее тело (хладагент) — вещество, которое переносит тепло. Над ним совершается работа $A'$ (например, компрессором).
3. Нагреватель (окружающая среда) — тело с более высокой температурой $T_1$, которому рабочее тело отдает количество теплоты $Q_1$.

Схематически работа холодильной машины выглядит следующим образом:

 +-----------------+ | Нагреватель | | (Окруж. среда) | | (Температура T₁)| +-----------------+ ↑ | Q₁ (Отданное тепло) | +-----------------+ | Рабочее тело | ← A' (Затраченная работа) | (Холодильная | | машина) | +-----------------+ ↑ | Q₂ (Забранное тепло) | +-----------------+ | Охлаждаемый | | объект | | (Температура T₂)| +-----------------+ 

Количество теплоты, отданное окружающей среде, равно сумме тепла, забранного из холодильной камеры, и совершенной работы: $Q_1 = Q_2 + A'$.

Эффективность холодильной машины характеризуется холодильным коэффициентом (коэффициентом производительности) $\epsilon$, который равен отношению количества теплоты, забранного у охлаждаемого тела, к затраченной работе: $ \epsilon = \frac{Q_2}{A'} = \frac{Q_2}{Q_1 - Q_2} $

Ответ: Принципиальная схема холодильной машины включает охлаждаемый объект, рабочее тело и окружающую среду. За счет внешней работы $A'$ рабочее тело забирает тепло $Q_2$ от охлаждаемого объекта и передает тепло $Q_1$ окружающей среде.