Номер 1, страница 292 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 88. Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей. Глава 13. Основы термодинамики - номер 1, страница 292.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Какое устройство называют тепловым двигателем?

Тепловым двигателем называют устройство, которое преобразует внутреннюю энергию топлива или любую другую подводимую извне тепловую энергию в механическую работу. В основе работы любого теплового двигателя лежит циклический процесс, в котором рабочее тело периодически возвращается в исходное состояние.

Для функционирования теплового двигателя необходимы три основных элемента:

1. Нагреватель — система с высокой температурой $T_{нагр}$, которая передает рабочему телу количество теплоты $Q_{нагр}$. Обычно это процесс сгорания топлива.
2. Рабочее тело — вещество (чаще всего газ или пар), которое расширяется при получении тепла, совершая работу, и сжимается при охлаждении.
3. Холодильник — система с более низкой температурой $T_{хол}$, которой рабочее тело отдает количество теплоты $Q_{хол}$, не преобразованное в работу. Роль холодильника, как правило, выполняет окружающая среда.

Принцип действия заключается в том, что рабочее тело, получая теплоту от нагревателя, расширяется и совершает полезную механическую работу $A$. Чтобы цикл мог повториться, рабочее тело должно вернуться в первоначальное состояние, для чего оно отдает часть теплоты холодильнику. Согласно первому закону термодинамики, совершенная за цикл работа равна разности между полученной и отданной теплотой: $A = Q_{нагр} - Q_{хол}$.

Эффективность преобразования теплоты в работу характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД), который определяется как отношение полезной работы к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

$\eta = \frac{A}{Q_{нагр}} = \frac{Q_{нагр} - Q_{хол}}{Q_{нагр}} = 1 - \frac{Q_{хол}}{Q_{нагр}}$

Так как часть энергии ($Q_{хол}$) неизбежно теряется и передается холодильнику, КПД любого реального теплового двигателя всегда меньше 1 (или 100%).

Примерами тепловых двигателей являются: двигатель внутреннего сгорания (ДВС), паровая машина, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель.

Ответ: Тепловой двигатель — это устройство, работающее циклически и предназначенное для преобразования тепловой энергии в механическую работу.