Номер 3, страница 114 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

3. Какие превращения энергии происходят в тепловой машине?

3. Тепловая машина — это устройство, которое преобразует тепловую энергию в механическую работу, работая циклически. Процесс преобразования энергии можно разбить на несколько ключевых этапов, которые составляют рабочий цикл любого теплового двигателя.

1. Получение тепловой энергии. Рабочее тело (например, газ в цилиндре двигателя или пар в турбине) получает определенное количество теплоты $Q_1$ от источника с высокой температурой, который называется нагревателем. В двигателях внутреннего сгорания это происходит за счет сжигания топлива прямо в цилиндре. В результате подвода тепла внутренняя энергия рабочего тела и его температура возрастают.

2. Преобразование в механическую работу. Нагретое рабочее тело, обладая высокой энергией, расширяется. При расширении оно оказывает давление на движущиеся части машины (например, на поршень в цилиндре) и совершает полезную механическую работу $A$. В ходе этого процесса часть внутренней энергии рабочего тела преобразуется в механическую энергию.

3. Отдача тепла холодильнику. Чтобы цикл мог повториться, рабочее тело должно вернуться в исходное состояние. Для этого необходимо его охладить и сжать. В процессе охлаждения рабочее тело отдает некоторое количество теплоты $Q_2$ источнику с более низкой температурой, который называется холодильником. В большинстве случаев роль холодильника выполняет окружающая среда. Эта теплота $Q_2$ является неизбежной потерей, так как согласно второму началу термодинамики невозможно создать двигатель, который бы преобразовывал в работу всю полученную теплоту.

Таким образом, основное энергетическое превращение в тепловой машине — это преобразование части подводимой тепловой энергии в механическую работу. Закон сохранения энергии для тепловой машины выглядит так: работа $A$, совершаемая за цикл, равна разности между количеством теплоты $Q_1$, полученным от нагревателя, и количеством теплоты $Q_2$, отданным холодильнику.

Математически это выражается формулой: $A = Q_1 - Q_2$.

Ответ: В тепловой машине происходит преобразование внутренней энергии топлива (тепловой энергии) в механическую работу. При этом лишь часть полученной тепловой энергии превращается в работу, а оставшаяся часть передается окружающей среде (холодильнику).