Номер 1, страница 72 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 18. Тепловые двигатели. Вопросы - номер 1, страница 72.

Условие.

1. Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в механическую энергию тела.

Решение.

1. Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в механическую энергию тела.

Превращение внутренней энергии пара в механическую энергию является основой работы многих устройств. Внутренняя энергия пара — это сумма кинетической энергии хаотического движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. При расширении пар совершает работу, и его внутренняя энергия уменьшается, переходя в механическую энергию.

Одним из главных примеров является паровая турбина. В ней пар под высоким давлением и с высокой температурой направляется на лопатки турбины. Расширяясь, пар приводит лопатки во вращательное движение. Кинетическая энергия вращающейся турбины (механическая энергия) используется для вращения ротора электрогенератора, который вырабатывает электрический ток на тепловых и атомных электростанциях.

Другой классический пример — паровая машина, которая использовалась в паровозах. В паровой машине пар, поступая в цилиндр, расширяется и толкает поршень. Движение поршня через шатунно-кривошипный механизм передается на колеса, приводя их в движение. Здесь внутренняя энергия пара напрямую преобразуется в механическую работу.

Простой бытовой пример — крышка на кастрюле с кипящей водой. Когда вода кипит, образующийся пар накапливается под крышкой. Давление пара растет, и он, расширяясь, приподнимает крышку. В этом случае пар совершает работу по перемещению крышки, превращая часть своей внутренней энергии в потенциальную энергию поднятой крышки.

Ответ: Примерами превращения внутренней энергии пара в механическую являются работа паровой турбины на электростанциях, движение поршня в паровой машине (например, в паровозе) и подпрыгивание крышки на кастрюле с кипящей водой.

2. Что называют тепловым двигателем.

Тепловым двигателем называют устройство, которое преобразует внутреннюю энергию топлива (или любую другую тепловую энергию) в механическую работу. Работа любого теплового двигателя основана на циклическом процессе. Основными элементами теплового двигателя являются: нагреватель, рабочее тело и холодильник.

Нагреватель — это источник тепла с высокой температурой $T_1$, от которого рабочее тело получает количество теплоты $Q_1$. Рабочее тело (обычно газ или пар) — это вещество, которое расширяется при нагревании и совершает работу. Холодильник — это объект с низкой температурой $T_2$, которому рабочее тело отдает не преобразованное в работу количество теплоты $Q_2$.

Принцип действия заключается в том, что рабочее тело, получив от нагревателя количество теплоты $Q_1$, расширяется и совершает механическую работу $\text{A}$. Чтобы двигатель мог работать циклически, рабочее тело должно вернуться в исходное состояние. Для этого его нужно сжать, затратив работу. Чтобы работа расширения была больше работы сжатия, сжатие производят при более низкой температуре, для чего рабочее тело приводят в контакт с холодильником и отдают ему количество теплоты $Q_2$.

Согласно закону сохранения энергии (первому началу термодинамики), совершенная за цикл работа равна разности полученной и отданной теплоты: $A = Q_1 - Q_2$.

Важной характеристикой теплового двигателя является коэффициент полезного действия (КПД), который показывает, какая часть теплоты, полученной от нагревателя, превращается в полезную работу: $\eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$. КПД любого теплового двигателя всегда меньше 1 (или 100%), так как часть теплоты ($Q_2$) неизбежно передается холодильнику.

Ответ: Тепловой двигатель — это устройство, которое циклически преобразует внутреннюю (тепловую) энергию в механическую работу, используя для этого разность температур между нагревателем и холодильником.