Номер 3, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 22. Реактивный двигатель. Холодильные машины. Вопросы - номер 3, страница 87.

Условие.

3. Как можно определить КПД холодильной машины?

Решение.

3. Как можно определить КПД холодильной машины?

Решение

Эффективность холодильной машины принято характеризовать не коэффициентом полезного действия (КПД) в классическом понимании (так как он был бы больше 1), а специальной величиной — холодильным коэффициентом (или коэффициентом производительности). Он показывает, во сколько раз количество теплоты, отнятое у охлаждаемого тела, больше затраченной на это работы.

Принцип работы холодильной машины заключается в переносе теплоты от холодного резервуара (внутренняя камера) к горячему резервуару (окружающая среда). Этот процесс не может происходить самопроизвольно и требует совершения внешней работы $\text{A}$ (например, работы компрессора).

Холодильный коэффициент, обозначаемый обычно $\epsilon$ (эпсилон) или $\text{k}$, определяется как отношение количества теплоты $Q_2$, отобранного от холодного резервуара, к затраченной на это работе $\text{A}$:
$\epsilon = \frac{Q_2}{A}$

Здесь:
$Q_2$ — количество теплоты, отнятое у охлаждаемого тела (полезный эффект);
$\text{A}$ — работа, совершенная внешними силами.

Согласно первому началу термодинамики, количество теплоты $Q_1$, которое отдается горячему резервуару, связано с $Q_2$ и $\text{A}$ соотношением: $Q_1 = Q_2 + A$. Отсюда работу можно выразить как $A = Q_1 - Q_2$. Подставив это выражение в формулу для холодильного коэффициента, получим:
$\epsilon = \frac{Q_2}{Q_1 - Q_2}$

Для идеальной холодильной машины, работающей по обратному циклу Карно, холодильный коэффициент можно определить через абсолютные температуры горячего ($T_1$) и холодного ($T_2$) резервуаров:
$\epsilon_{max} = \frac{T_2}{T_1 - T_2}$

Эта формула дает теоретический предел эффективности для холодильной машины, работающей в заданном температурном интервале. У реальных устройств этот коэффициент всегда ниже из-за необратимых потерь.

Ответ: КПД (холодильный коэффициент) холодильной машины определяется как отношение количества теплоты $Q_2$, отнятого у охлаждаемого тела, к работе $\text{A}$, затраченной для осуществления этого процесса. Он вычисляется по формуле $\epsilon = \frac{Q_2}{A}$. Для идеальной холодильной машины (работающей по обратному циклу Карно) коэффициент можно определить через абсолютные температуры холодильника ($T_2$) и нагревателя ($T_1$): $\epsilon = \frac{T_2}{T_1 - T_2}$.