Задания для развития, страница 67 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

• Подумайте, вся ли энергия, выделившаяся при сгорании топлива, переходит в механическую работу.
• С чем связаны потери энергии в тепловых двигателях?

Подумайте, вся ли энергия, выделившаяся при сгорании топлива, переходит в механическую работу.
Нет, не вся энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Согласно второму закону термодинамики, создание теплового двигателя, который бы полностью преобразовывал полученную теплоту в работу, невозможно.
Любой тепловой двигатель для своей работы должен иметь не только источник тепла (нагреватель), но и объект для сброса части этой тепловой энергии — холодильник (обычно это окружающая среда). Энергия, полученная от нагревателя $Q_1$ (в результате сгорания топлива), частично идет на совершение полезной работы $A$, а оставшаяся часть $Q_2$ обязательно передается холодильнику. Таким образом, согласно закону сохранения энергии: $A = Q_1 - Q_2$.
Коэффициент полезного действия (КПД) двигателя определяется как отношение совершенной полезной работы к количеству теплоты, полученной от нагревателя:
$\eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$
Поскольку всегда существует необходимость отводить тепло холодильнику, то $Q_2 > 0$, и, следовательно, КПД любого теплового двигателя всегда меньше 1 (или 100%). На практике КПД современных двигателей внутреннего сгорания составляет 25-45%, что означает, что большая часть энергии топлива теряется.

Ответ: Нет, только часть энергии, выделившейся при сгорании топлива, переходит в механическую работу. Значительная часть энергии неизбежно рассеивается в окружающую среду в виде тепла.

С чем связаны потери энергии в тепловых двигателях?
Потери энергии в тепловых двигателях имеют комплексный характер и связаны как с фундаментальными законами физики, так и с конструктивными особенностями. Основные причины потерь следующие:
1. Термодинамические потери. Это основная и неустранимая причина потерь, обусловленная вторым законом термодинамики. Для совершения работы двигатель должен передать часть тепловой энергии от нагревателя к холодильнику. Максимальный теоретический КПД (КПД цикла Карно) зависит от абсолютных температур нагревателя $T_1$ и холодильника $T_2$: $\eta_{max} = 1 - \frac{T_2}{T_1}$. Так как температура окружающей среды ($T_2$) всегда выше абсолютного нуля, КПД не может достичь 100%. В реальном двигателе эти потери проявляются в виде горячих выхлопных газов, уносящих значительную часть энергии.
2. Потери с отводимой теплотой. Двигатель в процессе работы сильно нагревается, и для его нормального функционирования требуется система охлаждения. Эта система отводит большое количество тепла (около 25–35% от всей энергии топлива) от стенок цилиндров в окружающую среду, и эта энергия не совершает полезной работы.
3. Механические потери. Часть выработанной энергии (около 5–10%) расходуется на преодоление сил трения между движущимися частями двигателя: поршнями и цилиндрами, в подшипниках коленчатого вала, на привод вспомогательных механизмов (генератора, насоса системы охлаждения и др.).
4. Химические потери. Топливо в цилиндрах сгорает не полностью. Часть его выбрасывается с выхлопными газами, что означает потерю заключенной в нем химической энергии.
5. Насосные потери. В двигателях внутреннего сгорания энергия затрачивается на всасывание горючей смеси и на выталкивание отработавших газов из цилиндров.

Ответ: Потери энергии в тепловых двигателях связаны с фундаментальной невозможностью полного преобразования тепла в работу (термодинамические потери с выхлопными газами), а также с практическими факторами: необходимостью охлаждения двигателя, механическим трением, неполным сгоранием топлива и затратами энергии на впуск и выпуск газов.