Номер 8.17, страница 46 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 8. Тепловые двигатели - номер 8.17, страница 46.

Условие.

8.17. Можно ли внутреннюю энергию топлива целиком превратить в механическую? Ответ поясните.

Решение.

Решение

Нет, внутреннюю энергию топлива невозможно целиком превратить в механическую энергию. Это фундаментальное ограничение, которое следует из второго закона термодинамики.

Процесс преобразования внутренней энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу происходит в тепловых двигателях. Работа любого теплового двигателя основана на циклическом процессе, в котором рабочее тело (например, газ) получает определенное количество теплоты ($Q_H$) от горячего источника (нагревателя), совершает механическую работу ($\text{A}$), и отдает некоторое количество теплоты ($Q_C$) холодному источнику (холодильнику).

Второй закон термодинамики, в частности в формулировке Кельвина-Планка, гласит, что невозможно создать периодически действующий двигатель, который совершал бы работу только за счет охлаждения одного теплового резервуара. Другими словами, для работы тепловой машины необходимо наличие как нагревателя, так и холодильника. Это означает, что часть полученной от топлива энергии ($Q_C$) обязательно должна быть отведена в окружающую среду (холодильник), а не преобразована в работу.

Даже для идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, коэффициент полезного действия (КПД), который показывает, какая доля подведенной теплоты превращается в работу, всегда меньше единицы (или 100%). Он определяется формулой:

$\eta_{max} = \frac{A}{Q_H} = \frac{T_H - T_C}{T_H} = 1 - \frac{T_C}{T_H}$

где $T_H$ – абсолютная температура нагревателя, а $T_C$ – абсолютная температура холодильника.

Чтобы КПД был равен 100% ($\eta = 1$), необходимо, чтобы температура холодильника $T_C$ была равна абсолютному нулю ($\text{0}$ К), что является практически недостижимым. В реальных условиях температура холодильника — это температура окружающей среды, которая значительно выше абсолютного нуля. Поэтому часть внутренней энергии топлива всегда будет рассеиваться в виде тепла и не может быть преобразована в полезную механическую работу.

Ответ:
Нет, нельзя. Согласно второму закону термодинамики, при преобразовании теплоты в работу часть энергии неизбежно передается более холодному телу (холодильнику), а не превращается в механическую работу. Поэтому полностью преобразовать внутреннюю энергию топлива в механическую невозможно.