Номер 3, страница 123, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 31. Двигатель внутреннего сгорания. Повторим изученное - номер 3, страница 123.

Условие.

• Что такое КПД теплового двигателя?

Решение.

Что такое КПД теплового двигателя?

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — это физическая величина, которая характеризует эффективность работы двигателя и показывает, какая доля энергии, полученной от сгорания топлива, преобразуется в полезную механическую работу. Иными словами, КПД — это мера того, насколько эффективно двигатель превращает тепло в движение.

КПД, который обозначается греческой буквой $\eta$ (эта), вычисляется как отношение полезной работы $A_{пол}$, совершенной двигателем, к количеству теплоты $Q_{нагр}$, полученному от нагревателя (например, от сгорающего топлива):

$\eta = \frac{A_{пол}}{Q_{нагр}}$

Поскольку КПД является отношением двух однородных величин (энергии к энергии), он является безразмерной величиной. Для удобства его часто выражают в процентах, умножая полученное значение на 100%.

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

Согласно первому закону термодинамики, полученная теплота $Q_{нагр}$ расходуется на совершение полезной работы $A_{пол}$ и на теплоту $|Q_{хол}|$, которая неизбежно передается более холодному телу — холодильнику (обычно это окружающая среда). Таким образом, полезная работа равна:

$A_{пол} = Q_{нагр} - |Q_{хол}|$

Подставив это выражение в основную формулу, получим еще один способ расчета КПД:

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

Из этой формулы следует фундаментальный вывод, основанный на втором законе термодинамики: КПД любого теплового двигателя всегда меньше 1 (или 100%), так как невозможно создать двигатель, который бы всю полученную теплоту превращал в работу без потерь на передачу тепла холодильнику ($|Q_{хол}| > 0$).

Для идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, существует теоретический предел КПД, который зависит только от абсолютных температур нагревателя ($T_{нагр}$) и холодильника ($T_{хол}$):

$\eta_{max} = \frac{T_{нагр} - T_{хол}}{T_{нагр}} = 1 - \frac{T_{хол}}{T_{нагр}}$

КПД реальных двигателей всегда ниже этого теоретического предела из-за потерь на трение, неполного сгорания топлива и других факторов.

Ответ: Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя – это физическая величина, равная отношению полезной механической работы, совершенной двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя. Он характеризует эффективность преобразования тепловой энергии в работу и всегда меньше 100%.