Номер 8.21, страница 47 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 8. Тепловые двигатели - номер 8.21, страница 47.

Условие.

8.21. Отличается ли температура пара, выходящего из цилиндра паровой машины, от температуры пара, поступающего в этот цилиндр?

Решение.

Да, температура пара, выходящего из цилиндра паровой машины, отличается от температуры пара, поступающего в этот цилиндр. Температура выходящего пара всегда ниже.

Это явление объясняется фундаментальными принципами термодинамики. Паровая машина является тепловым двигателем, основная функция которого — преобразование тепловой энергии в механическую работу. Этот процесс происходит следующим образом:

1. В цилиндр поступает горячий пар под высоким давлением. Он обладает значительной внутренней энергией.

2. Внутри цилиндра пар расширяется. При расширении он давит на поршень и заставляет его двигаться. Таким образом, пар совершает механическую работу.

3. Согласно первому закону термодинамики, работа, совершаемая газом (паром), производится за счет уменьшения его внутренней энергии и/или за счет подводимого извне тепла. Формула первого закона термодинамики выглядит так: $\Delta U = Q - A$, где $\Delta U$ — изменение внутренней энергии газа, $\text{Q}$ — количество теплоты, полученное газом, а $\text{A}$ — работа, совершенная газом.

4. В паровой машине пар совершает положительную работу ($A > 0$), перемещая поршень. Эта работа совершается в основном за счет расходования собственной внутренней энергии пара. Процесс расширения происходит достаточно быстро, поэтому можно считать его близким к адиабатному, то есть без значительного теплообмена с окружающей средой ($Q \approx 0$). В этом случае $\Delta U \approx -A$. Поскольку работа $\text{A}$ положительна, изменение внутренней энергии $\Delta U$ будет отрицательным, то есть внутренняя энергия пара уменьшается.

5. Внутренняя энергия газа напрямую связана с его температурой. Уменьшение внутренней энергии приводит к понижению температуры.

Следовательно, пар, совершив работу, отдает часть своей энергии, что и вызывает его охлаждение.

Ответ: Да, отличается. Температура пара, выходящего из цилиндра, ниже температуры поступающего пара, поскольку при расширении пар совершает механическую работу за счет своей внутренней энергии, что приводит к его охлаждению.