Номер 3, страница 76 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 20. Двигатель внутреннего сгорания. Вспомните - номер 3, страница 76.

Условие.

• Что называют КПД теплового двигателя?

Решение.

Что называют КПД теплового двигателя?

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют физическую величину, которая показывает, какая доля энергии (количества теплоты), полученной от нагревателя, превращается в полезную механическую работу. КПД является основной характеристикой эффективности любого теплового двигателя.

Математически КПД, обозначаемый греческой буквой $ \eta $ (эта), определяется как отношение полезной работы $ A_п $, совершаемой двигателем за один цикл, к количеству теплоты $ Q_н $, полученному от нагревателя за тот же цикл:
$ \eta = \frac{A_п}{Q_н} $

Согласно первому началу термодинамики (закону сохранения энергии для тепловых процессов), работа $ A_п $, совершаемая двигателем, равна разности между количеством теплоты, полученным от нагревателя ($ Q_н $), и количеством теплоты, отданным холодильнику (окружающей среде) ($ Q_х $):
$ A_п = Q_н - Q_х $

Подставив это выражение в формулу для КПД, можно получить другую форму его записи:
$ \eta = \frac{Q_н - Q_х}{Q_н} = 1 - \frac{Q_х}{Q_н} $

Здесь:
• $ A_п $ — полезная работа, совершённая двигателем (измеряется в Джоулях, Дж).
• $ Q_н $ — количество теплоты, полученное от нагревателя (в Джоулях, Дж).
• $ Q_х $ — количество теплоты, отданное холодильнику (в Джоулях, Дж).

Важно отметить, что согласно второму началу термодинамики, невозможно создать циклически действующий тепловой двигатель, который бы всю полученную от нагревателя теплоту превращал в работу. Часть теплоты ($ Q_х $) неизбежно должна быть отдана более холодному телу (холодильнику). Поэтому $ Q_х $ всегда больше нуля, а следовательно, КПД любого теплового двигателя всегда меньше 1 (или 100%).

КПД — это безразмерная величина, которую для наглядности часто выражают в процентах, умножая полученное значение на 100%:
$ \eta (\%) = \frac{A_п}{Q_н} \cdot 100\% $

Французский инженер Сади Карно теоретически доказал, что максимальный КПД, который может иметь тепловой двигатель, работающий с нагревателем температуры $ T_н $ и холодильником температуры $ T_х $, равен:
$ \eta_{max} = \frac{T_н - T_х}{T_н} = 1 - \frac{T_х}{T_н} $
В этой формуле $ T_н $ и $ T_х $ — это абсолютные температуры, выраженные в Кельвинах (К). Этот КПД достигается в идеальном цикле Карно.

Ответ: Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют отношение полезной работы $ A_п $, совершённой двигателем, к количеству теплоты $ Q_н $, полученному от нагревателя. КПД показывает, какая доля подведенной теплоты преобразуется в полезную работу, и рассчитывается по формуле $ \eta = \frac{A_п}{Q_н} $.