Номер 2, 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 2, страница 292.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Тепловой двигатель — это устройство, которое циклически преобразует тепловую энергию в механическую работу. Для его функционирования необходимы три основных элемента: нагреватель, холодильник и рабочее тело. Каждый из них выполняет свою уникальную и незаменимую роль.

Роль нагревателя

Нагреватель — это источник тепловой энергии для двигателя. Его основная роль заключается в передаче рабочему телу определенного количества теплоты ($Q_н$) при высокой температуре ($T_н$). Эта энергия необходима для того, чтобы рабочее тело могло расшириться и совершить механическую работу. В качестве нагревателя могут выступать различные источники: сгорающее топливо (в двигателях внутреннего сгорания), ядерный реактор (на АЭС), солнечная энергия и т.д. Без нагревателя рабочее тело не получит энергию, необходимую для совершения работы, и двигатель не будет функционировать.

Ответ: Роль нагревателя — быть источником высокой температуры и передавать тепловую энергию ($Q_н$) рабочему телу, за счет которой совершается работа.

Роль холодильника

Холодильник — это объект или среда с более низкой температурой ($T_х$), которому рабочее тело отдает теплоту ($Q_х$), не преобразованную в работу. Роль холодильника критически важна для обеспечения цикличности работы двигателя. Согласно второму началу термодинамики, невозможно создать двигатель, который бы полностью преобразовывал всю полученную теплоту в работу. Часть энергии неизбежно должна быть передана более холодному телу. Холодильник позволяет рабочему телу сжаться и вернуться в исходное состояние, замкнув термодинамический цикл. Если бы холодильника не было, рабочее тело, расширившись один раз, не смогло бы сжаться для совершения следующего цикла работы. В большинстве двигателей роль холодильника выполняет окружающая среда (атмосфера, вода в реке).

Ответ: Роль холодильника — отбирать у рабочего тела избыточное тепло ($Q_х$), которое не было превращено в работу, тем самым позволяя рабочему телу вернуться в первоначальное состояние и обеспечивая непрерывность (цикличность) работы двигателя.

Роль рабочего тела

Рабочее тело — это вещество (обычно газ или пар), которое непосредственно совершает механическую работу в процессе своего расширения. Его роль — быть посредником, преобразующим полученную от нагревателя тепловую энергию в работу. Цикл работы рабочего тела выглядит следующим образом:

1. Получение количества теплоты $Q_н$ от нагревателя.
2. Расширение (адиабатное или изотермическое), в процессе которого совершается полезная работа $A$.
3. Отдача некоторого количества теплоты $Q_х$ холодильнику.
4. Сжатие, возвращающее рабочее тело в исходное состояние для повторения цикла.

Примерами рабочего тела служат пар в паровых турбинах или смесь паров бензина с воздухом в двигателях внутреннего сгорания.

Ответ: Роль рабочего тела — получать тепло от нагревателя, расширяться, совершая при этом механическую работу, и отдавать неиспользованное тепло холодильнику, циклически возвращаясь в исходное состояние.