Номер 2, страница 30 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-25. Паровая турбина. Вариант 2 - номер 2, страница 30.

Условие.

2. Почему температура отработанного газа в газовой турбине меньше температуры газа, подающегося на лопатки турбины?

Решение.

Температура отработанного газа в газовой турбине меньше температуры газа, подающегося на лопатки, потому что газ, проходя через турбину, совершает механическую работу. Этот процесс приводит к уменьшению его внутренней энергии и, как следствие, к снижению температуры.

Рассмотрим этот процесс подробнее с точки зрения физики. Горячий газ под высоким давлением, который поступает из камеры сгорания на лопатки турбины, обладает большим запасом внутренней энергии. При прохождении через рабочие каналы турбины газ адиабатно расширяется. В процессе расширения он давит на лопатки турбины, заставляя их и соединенный с ними вал вращаться. Это вращение и есть полезная механическая работа, производимая двигателем.

Согласно первому началу термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($ \Delta U $) равно разности между количеством теплоты, подведенной к системе ($ Q $), и работой, совершенной системой над внешними телами ($ A $):

$ \Delta U = Q - A $

В газовой турбине процесс расширения газа происходит очень быстро, поэтому теплообмен с окружающей средой незначителен, и процесс можно считать адиабатным ($ Q \approx 0 $). В этом случае уравнение упрощается:

$ \Delta U = -A $

Поскольку газ совершает положительную механическую работу ($ A > 0 $), вращая лопатки, изменение его внутренней энергии ($ \Delta U $) должно быть отрицательным ($ \Delta U < 0 $). Для идеального газа внутренняя энергия напрямую зависит от его температуры. Следовательно, уменьшение внутренней энергии газа неизбежно приводит к его охлаждению.

Таким образом, часть тепловой энергии, которой обладал газ на входе в турбину, преобразуется в механическую работу, что и является причиной падения его температуры на выходе.

Ответ: Температура газа уменьшается, так как при расширении в турбине газ совершает механическую работу, на которую расходуется его внутренняя энергия, что приводит к охлаждению газа.