Страница 88 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Как экспериментально подтвердить возможность совершения механической работы нагретым паром?

1. Чтобы экспериментально подтвердить возможность совершения механической работы нагретым паром, можно провести следующий опыт. Следует взять стеклянную пробирку, налить в нее небольшое количество воды (примерно на четверть объема) и плотно закрыть её резиновой или корковой пробкой. После этого нужно закрепить пробирку в штативе и начать её нагревать, например, с помощью спиртовки.

В процессе нагревания вода достигнет температуры кипения и начнет интенсивно испаряться, превращаясь в водяной пар. Молекулы пара движутся хаотично и с большими скоростями, ударяясь о стенки пробирки и пробку, создавая внутри высокое давление. Это давление будет значительно превышать атмосферное давление снаружи. В определенный момент сила давления пара, действующая на пробку изнутри, станет настолько большой, что преодолеет силу трения, и пробка с характерным звуком вылетит из пробирки.

Поскольку пробка пришла в движение под действием силы со стороны пара и переместилась на некоторое расстояние, это означает, что пар совершил механическую работу. Таким образом, данный эксперимент наглядно доказывает, что нагретый пар обладает энергией, за счет которой может совершать работу.

Ответ: Возможность совершения механической работы нагретым паром можно подтвердить, нагревая воду в закрытой пробкой пробирке. Когда вода закипит, образующийся пар расширится и вытолкнет пробку, что и будет являться совершением механической работы.

2. В ходе описанного выше эксперимента происходят последовательные превращения одного вида энергии в другой. Можно выделить следующую цепочку:

1. Изначально в топливе (например, в спирте для спиртовки) запасена химическая энергия.
2. В процессе горения топлива химическая энергия преобразуется в тепловую энергию (или, точнее, передается в виде количества теплоты).
3. Эта тепловая энергия передается воде, в результате чего увеличивается внутренняя энергия воды. Вода нагревается, а затем кипит, превращаясь в пар. Внутренняя энергия пара выше, чем внутренняя энергия воды той же температуры.
4. При расширении пара его внутренняя энергия совершает работу по выталкиванию пробки. Таким образом, внутренняя энергия пара преобразуется в механическую (кинетическую) энергию движущейся пробки.

Ответ: Происходит следующая цепь превращений энергии: химическая энергия топлива → тепловая энергия → внутренняя энергия пара → механическая (кинетическая) энергия пробки.

2. Какие превращения энергии происходят в опыте, изображённом на рисунке 47?

2. Какие превращения энергии происходят в опыте, изображённом на рисунке 47?

Поскольку рисунок 47 не представлен, будем исходить из контекста вопроса, который касается совершения работы нагретым паром. Вероятно, на рисунке изображён опыт, демонстрирующий принцип действия теплового двигателя, например, нагревание колбы с водой, в результате чего образующийся пар выталкивает пробку или вращает лёгкую вертушку.

В таком опыте происходят следующие превращения энергии:

1. При сгорании топлива (например, в спиртовке) его внутренняя (химическая) энергия превращается в тепловую энергию, которая передаётся воде.

2. Вода, получая энергию, нагревается и превращается в пар. Внутренняя энергия пара значительно больше внутренней энергии воды той же массы и температуры.

3. Пар, обладая большой внутренней энергией, расширяется и совершает механическую работу (например, выталкивает пробку или вращает вертушку). При совершении работы внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию (в данном случае, в кинетическую энергию движущихся тел — пробки или вертушки).

Таким образом, общая цепь превращения энергии выглядит так: внутренняя энергия топлива → внутренняя энергия пара → механическая энергия (работа).

Ответ: Внутренняя энергия топлива преобразуется во внутреннюю энергию пара, которая, в свою очередь, преобразуется в механическую энергию (совершается работа).

3. Какие двигате-

Вопрос, по-видимому, является неполным и должен звучать так: «Какие двигатели используют этот принцип?». Принцип преобразования внутренней энергии пара в механическую работу лежит в основе работы тепловых двигателей, использующих пар в качестве рабочего тела.

К таким двигателям относятся:

1. Паровые машины. Это исторически первые тепловые двигатели, в которых расширяющийся пар толкает поршень, приводя в движение механизм. Они широко применялись на транспорте (паровозы, пароходы) и в промышленности.

2. Паровые турбины. Это более современные и эффективные двигатели, где струи пара под высоким давлением направляются на лопатки, закреплённые на роторе, и заставляют его вращаться с большой скоростью. Паровые турбины являются основой большинства современных тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанций, где они вращают генераторы электрического тока.

Ответ: Этот принцип используется в паровых машинах и паровых турбинах.

3. Какие двигатели называют тепловыми?

Поскольку в предоставленном изображении отсутствует рисунок 47, невозможно ответить на первую часть вопроса о превращениях энергии в соответствующем опыте.

Какие двигатели называют тепловыми?

Тепловыми двигателями называют устройства (машины), которые преобразуют внутреннюю энергию топлива (то есть тепловую энергию) в механическую работу. Принцип их работы основан на свойстве газов и паров расширяться при нагревании и совершать при этом работу.

Любой тепловой двигатель состоит из трех основных частей:
Нагреватель — это источник тепловой энергии, от которого рабочее тело получает количество теплоты $Q_1$ при высокой температуре $T_1$. В качестве нагревателя может выступать, например, сгорающее топливо.
Рабочее тело — это вещество (обычно газ или пар), которое расширяется и совершает работу. Например, в паровой турбине это водяной пар, а в двигателе автомобиля — газы, образующиеся при сгорании топливовоздушной смеси.
Холодильник — это объект, которому рабочее тело отдает некоторое количество теплоты $Q_2$, которое не было преобразовано в работу. Температура холодильника $T_2$ всегда ниже температуры нагревателя $T_1$. В большинстве случаев холодильником является окружающая среда.

Работа теплового двигателя происходит циклически. За один цикл двигатель получает от нагревателя количество теплоты $Q_1$, совершает механическую работу $A$ и отдает холодильнику количество теплоты $Q_2$. Согласно закону сохранения энергии, совершенная двигателем работа равна разности между полученным и отданным количеством теплоты:
$A = Q_1 - Q_2$

Эффективность теплового двигателя характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД), который обозначается греческой буквой $\eta$ (эта). КПД — это отношение полезной работы $A$, совершенной двигателем, к количеству теплоты $Q_1$, полученному от нагревателя.
$\eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$

Из формулы видно, что КПД теплового двигателя всегда меньше 1 (или 100%), так как часть энергии ($Q_2$) неизбежно теряется, передаваясь холодильнику. Это одно из следствий второго закона термодинамики.

К основным типам тепловых двигателей относятся:
- Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в автомобилях, мотоциклах и другой технике.
- Паровые и газовые турбины, применяемые на тепловых, атомных и газотурбинных электростанциях, а также в авиации и на морских судах.
- Реактивные двигатели, приводящие в движение самолёты и ракеты.

Ответ: Тепловыми двигателями называют машины, которые совершают механическую работу за счёт преобразования внутренней энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Они работают циклически, получая тепло от горячего источника (нагревателя), превращая часть этой теплоты в работу и отдавая оставшуюся, неиспользованную часть теплоты, холодному источнику (холодильнику).