Номер 3, страница 65 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

3. Почему в тепловых двигателях не удается использовать внутреннюю энергию океана?

3. Решение

Для работы любого теплового двигателя необходимо наличие двух тел с разными температурами: нагревателя и холодильника. Нагреватель — это тело с более высокой температурой $T_1$, от которого рабочее тело двигателя получает количество теплоты $Q_1$. Холодильник — это тело с более низкой температурой $T_2$, которому рабочее тело отдает количество теплоты $Q_2$. Механическая работа $A$ совершается за счет разницы между полученной и отданной теплотой: $A = Q_1 - Q_2$.

Максимально возможный коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя, работающего по циклу Карно, определяется формулой:

$\eta = \frac{T_1 - T_2}{T_1} = 1 - \frac{T_2}{T_1}$

Из этой формулы видно, что для совершения работы (и для того, чтобы КПД был больше нуля) необходимо, чтобы температура нагревателя $T_1$ была строго больше температуры холодильника $T_2$.

Океан обладает колоссальным запасом внутренней энергии, но вся его масса имеет практически одинаковую, относительно низкую температуру. Чтобы использовать океан в качестве нагревателя, необходим холодильник с еще более низкой температурой. Найти в природе такой естественный холодильник, который был бы значительно холоднее океана и мог бы в больших масштабах поглощать тепло, невозможно. Использование искусственных холодильных установок потребовало бы больше энергии, чем мог бы выработать такой двигатель.

Таким образом, невозможно создать тепловой двигатель, который работал бы, черпая энергию только из одного резервуара (океана), так как это противоречило бы второму закону термодинамики (постулату Кельвина). Для работы двигателя необходим перепад температур.

Примечание: Существуют экспериментальные установки (OTEC), использующие разницу температур между поверхностными (теплыми) и глубинными (холодными) водами океана. Однако эта разница температур невелика, что приводит к очень низкому КПД и высокой стоимости таких электростанций.

Ответ: Использование внутренней энергии океана в тепловых двигателях невозможно, так как для работы любого теплового двигателя требуется наличие не только источника тепла (нагревателя), но и объекта с более низкой температурой (холодильника). Океан представляет собой единый резервуар с практически постоянной температурой, и создание двигателя, работающего только с одним тепловым резервуаром, противоречит второму закону термодинамики.