Номер 1, страница 89 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Можно ли внутреннюю энергию полностью превратить в механическую?

1. Нет, полностью превратить внутреннюю энергию в механическую в ходе циклического процесса невозможно. Это утверждение является одной из формулировок второго закона термодинамики, известной как постулат Кельвина (или Томсона).

Любое устройство, которое преобразует тепловую (внутреннюю) энергию в механическую работу, называется тепловым двигателем. Для того чтобы такой двигатель мог работать непрерывно (в цикле), ему необходимо взаимодействовать как минимум с двумя тепловыми резервуарами с разными температурами:

• Нагреватель (горячий резервуар) с температурой $T_1$, от которого рабочее тело получает количество теплоты $Q_1$.
• Холодильник (холодный резервуар) с температурой $T_2$, которому рабочее тело отдает количество теплоты $Q_2$.

Согласно первому закону термодинамики (закону сохранения энергии), работа $A$, совершаемая двигателем за один цикл, равна разности между полученной и отданной теплотой: $A = Q_1 - Q_2$.

Полное преобразование внутренней энергии в работу означало бы, что вся полученная от нагревателя теплота $Q_1$ переходит в работу $A$, то есть $A = Q_1$. Это было бы возможно только в том случае, если бы количество теплоты, отданное холодильнику, было равно нулю ($Q_2 = 0$). Однако второй закон термодинамики запрещает создание такого процесса. Невозможно создать "вечный двигатель второго рода" — машину, которая, работая в цикле, только извлекала бы тепло из одного резервуара и полностью превращала бы его в работу. Часть теплоты всегда должна быть передана холодильнику, чтобы рабочее тело могло вернуться в исходное состояние и замкнуть цикл.

Максимально возможный коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя определяется циклом Карно и зависит только от абсолютных температур нагревателя и холодильника: $ \eta_{max} = \frac{T_1 - T_2}{T_1} = 1 - \frac{T_2}{T_1} $

Из этой формулы видно, что КПД может быть равен 100% ($ \eta = 1 $) только при условии, что температура холодильника $T_2$ равна абсолютному нулю ($0$ К). Согласно третьему закону термодинамики, достичь температуры абсолютного нуля практически невозможно. Поэтому КПД любого реального и даже идеального теплового двигателя всегда меньше 100%.

Примечание: В рамках одного нециклического процесса, например, при изотермическом расширении идеального газа, вся подведенная теплота может быть полностью преобразована в работу. Однако при этом состояние системы изменяется, и для возврата системы в исходное состояние (т.е. для завершения цикла) необходимо совершить работу и отвести тепло.

Ответ: Нет, в соответствии со вторым законом термодинамики невозможно полностью преобразовать внутреннюю энергию в механическую работу в ходе циклического процесса. Часть внутренней энергии в виде теплоты неизбежно будет передана более холодному телу (холодильнику).