Номер 1, страница 289 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 88. Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей. Глава 13. Основы термодинамики - номер 1, страница 289.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Для того чтобы работа, совершаемая газом (рабочим телом) в тепловом двигателе за один цикл, была положительной ($A_{цикл} > 0$), необходимо, чтобы работа, совершаемая газом при расширении, была больше по модулю работы, совершаемой внешними силами над газом при его сжатии.

Работа в термодинамике на диаграмме в координатах давление-объем ($P-V$) графически представляет собой площадь под кривой процесса. Полезная работа за цикл равна площади фигуры, ограниченной кривыми процессов, составляющих цикл.

Чтобы эта площадь (и, следовательно, работа) была положительной, цикл на диаграмме $P-V$ должен проходиться по часовой стрелке. Это означает, что процесс расширения (увеличение объема) должен происходить в среднем при более высоком давлении, чем процесс сжатия (уменьшение объема), который возвращает рабочее тело в исходное состояние.

Согласно уравнению состояния идеального газа (уравнению Клапейрона-Менделеева), $PV = \nu RT$, давление газа $P$ при заданном объеме $V$ прямо пропорционально его абсолютной температуре $T$. Следовательно, для поддержания более высокого давления во время расширения, этот процесс должен происходить при более высокой температуре. Соответственно, процесс сжатия (возвращения в исходное состояние) должен протекать при более низкой температуре, чтобы давление было меньше.

Таким образом, чтобы работа за цикл была больше нуля, рабочее тело (газ) нужно нагревать перед расширением и охлаждать перед сжатием. Возвращать газ в исходное состояние следует при температуре, которая ниже температуры процесса расширения.

Ответ: Чтобы работа за цикл была больше нуля, рабочее тело (газ) следует возвращать в исходное состояние (сжимать) при более низкой температуре по сравнению с температурой, при которой происходило его расширение.