Номер 3, страница 81 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 21. Паровая турбина. Вспомните - номер 3, страница 81.

Условие.

• Что называют КПД теплового двигателя?

Решение.

Что называют КПД теплового двигателя?

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют физическую величину, которая характеризует эффективность преобразования тепловой энергии в полезную механическую работу. Иными словами, КПД показывает, какая доля всей теплоты, полученной рабочим телом (например, газом) от нагревателя, превращается в работу.

КПД, который обычно обозначают греческой буквой $ \eta $ (эта), вычисляется как отношение полезной работы $ A_{п} $, совершённой двигателем, к количеству теплоты $ Q_{н} $, полученному от нагревателя:

$ \eta = \frac{A_{п}}{Q_{н}} $

Для выражения КПД в процентах результат умножают на 100%.

Тепловой двигатель работает циклически, и в соответствии с первым законом термодинамики, полезная работа за один цикл равна разности между количеством теплоты, полученным от нагревателя ($ Q_{н} $), и количеством теплоты, отданным холодильнику ($ Q_{х} $), то есть той части энергии, которая не была преобразована в работу и была сброшена в окружающую среду:

$ A_{п} = Q_{н} - Q_{х} $

Если подставить это выражение в основную формулу для КПД, получим ещё один вариант её записи:

$ \eta = \frac{Q_{н} - Q_{х}}{Q_{н}} = 1 - \frac{Q_{х}}{Q_{н}} $

Из этой формулы видно, что КПД любого теплового двигателя всегда меньше единицы (или 100%), поскольку для работы двигателя необходимо передавать часть тепла холодильнику ($ Q_{х} > 0 $). Это является следствием второго начала термодинамики, которое гласит, что невозможно создать вечный двигатель второго рода, который бы полностью преобразовывал всю полученную теплоту в работу.

Максимально возможный КПД для тепловой машины, работающей между двумя заданными температурами (температурой нагревателя $ T_{н} $ и температурой холодильника $ T_{х} $), имеет идеальный двигатель, работающий по циклу Карно:

$ \eta_{max} = \frac{T_{н} - T_{х}}{T_{н}} = 1 - \frac{T_{х}}{T_{н}} $

Ответ:
Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — это физическая величина, равная отношению полезной работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. Она показывает эффективность преобразования тепла в механическую работу.