Номер 45.1, страница 166 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 45. Тепловые двигатели. Глава 6. Тепловые явления - номер 45.1, страница 166.

45.1 [1126] Объясните причину вращения колеса (рис. VI-25). Какие преобразования энергии происходят при этом?

Рис. VI-25

Причина вращения колеса

На изображении показана модель простейшей паровой турбины. В колбе под действием пламени спиртовки нагревается вода. При достижении температуры кипения ($100°C$ при нормальном атмосферном давлении) вода начинает превращаться в пар. Пар занимает гораздо больший объем, чем вода, из которой он образовался, что приводит к значительному увеличению давления внутри герметично закрытой колбы. Под действием избыточного давления водяной пар с высокой скоростью устремляется наружу через узкую изогнутую трубку. Струя пара, вырывающаяся из трубки, обладает значительной кинетической энергией. Эта струя направлена на лопасти (зубцы) колеса и, ударяясь о них, передает им свой импульс. Сила, с которой струя пара действует на лопасти, создает вращающий момент, который заставляет колесо вращаться вокруг своей оси.

Ответ: колесо вращается под действием силы удара струи водяного пара, которая вырывается под давлением из колбы, где кипит вода. Эта сила создает вращающий момент, приводящий колесо в движение.

Какие преобразования энергии происходят при этом?

В данном процессе происходит следующая последовательность преобразований энергии. Изначально имеется химическая энергия, запасенная в топливе (спирте). В процессе горения эта химическая энергия преобразуется в тепловую энергию (то есть во внутреннюю энергию пламени и горячих газов). Затем эта тепловая энергия передается воде, что приводит к увеличению внутренней энергии воды. При кипении внутренняя энергия воды переходит во внутреннюю энергию пара. Далее, внутренняя энергия пара при его расширении и вылете из сопла трубки преобразуется в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Наконец, кинетическая энергия струи пара передается лопастям колеса, превращаясь в кинетическую энергию его вращательного движения.

Ответ: происходит следующая цепь преобразований энергии: химическая энергия топлива → тепловая энергия → внутренняя энергия пара → кинетическая энергия струи пара → кинетическая энергия вращающегося колеса.