Виды энергии, страница 59 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Мы на Земле пользуемся разными видами энергии: энергией Солнца, энергией топлива, электрической энергией, энергией ветра, воды и т. д.

Какую энергию потребляют тепловые машины?

Как они превращают ее в работу?

Какую энергию потребляют тепловые машины?

Тепловые машины, также известные как тепловые двигатели, — это устройства, которые преобразуют тепловую энергию в механическую работу. Основным источником энергии для них является внутренняя энергия топлива. При сгорании топлива (например, бензина, дизеля, угля или газа) выделяется большое количество теплоты. Эта теплота передается рабочему телу (обычно это газ или пар), в результате чего его внутренняя энергия и температура значительно повышаются. Таким образом, тепловая машина потребляет не саму теплоту как таковую, а внутреннюю энергию, которая высвобождается из топлива в виде теплоты.

Ответ: Тепловые машины потребляют внутреннюю энергию топлива.

Как они превращают ее в работу?

Превращение тепловой энергии в работу в тепловой машине происходит циклически и основано на законах термодинамики. Любая тепловая машина состоит из трех основных частей: нагревателя, рабочего тела и холодильника.

Процесс можно описать следующими этапами:

1. Получение энергии от нагревателя. Рабочее тело (например, пар в паровой турбине или газовоздушная смесь в двигателе внутреннего сгорания) получает от нагревателя (источника высокой температуры $T_1$) некоторое количество теплоты $Q_1$. Нагревателем служит процесс сгорания топлива.

2. Совершение работы рабочим телом. Получив теплоту, рабочее тело нагревается и расширяется. Расширяясь, оно давит на поршень или лопатки турбины, заставляя их двигаться. Это движение и есть полезная механическая работа $A$. В процессе расширения и совершения работы рабочее тело остывает, так как часть его внутренней энергии превращается в работу.

3. Передача теплоты холодильнику. Чтобы цикл мог повториться, рабочее тело должно вернуться в исходное состояние (сжаться). Для этого его необходимо охладить. Рабочее тело отдает часть своей энергии, которая не была превращена в работу, в виде количества теплоты $Q_2$ холодильнику (источнику низкой температуры $T_2$). В большинстве случаев роль холодильника выполняет окружающая среда.

Совершенная за один цикл работа равна разности между полученной от нагревателя и отданной холодильнику теплотой: $A = Q_1 - Q_2$. Таким образом, только часть теплоты, полученной от сгорания топлива, превращается в полезную работу, остальная часть неизбежно теряется, сбрасываясь в окружающую среду. Эффективность этого превращения характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД): $\eta = \frac{A}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$.

Ответ: Тепловая машина превращает энергию в работу за счет расширения нагретого рабочего тела (газа или пара). Расширяясь, рабочее тело совершает механическую работу (например, толкает поршень), после чего отдает часть тепла холодильнику и сжимается до исходного состояния, замыкая цикл.