Номер 4, страница 292 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Образцы заданий ЕГЭ. Параграф 88. Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей. Глава 13. Основы термодинамики - номер 4, страница 292.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Дано:

Количество теплоты, полученное от нагревателя, $Q_{нагр} = 50$ Дж

Полезная работа, совершаемая машиной, $A_{полезн} = 100$ Дж

Найти:

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины, $\eta$.

Решение:

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины — это физическая величина, показывающая, какая доля энергии, полученной от нагревателя, преобразуется в полезную работу. Он рассчитывается по формуле:

$\eta = \frac{A_{полезн}}{Q_{нагр}}$

Для выражения КПД в процентах результат умножают на 100%:

$\eta = \frac{A_{полезн}}{Q_{нагр}} \cdot 100\%$

Подставим значения из условия задачи:

$\eta = \frac{100 \text{ Дж}}{50 \text{ Дж}} \cdot 100\% = 2 \cdot 100\% = 200\%$

Полученный результат $\eta = 200\%$ означает, что машина совершает работу в два раза большую, чем полученная ею энергия. Это противоречит первому началу термодинамики, которое является частным случаем закона сохранения энергии. Согласно этому закону, работа, совершаемая тепловой машиной, не может превышать количество теплоты, полученной от нагревателя ($A_{полезн} \le Q_{нагр}$), так как часть энергии всегда передается холодильнику ($A_{полезн} = Q_{нагр} - Q_{хол}$, где $Q_{хол} \ge 0$).

Поскольку в задаче $A_{полезн} > Q_{нагр}$ ($100 \text{ Дж} > 50 \text{ Дж}$), такая тепловая машина не может существовать в реальности. Это был бы "вечный двигатель первого рода".

Следовательно, правильный вариант ответа — 4.

Ответ: такая машина невозможна.