Номер 2, страница 145 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 35. Принципы работы тепловых двигателей. Задание 33 - номер 2, страница 145.

Условие.

2. Можно ли внутреннюю энергию рабочего тела полностью превратить в механическую энергию?

Решение.

Нет, полностью превратить внутреннюю энергию рабочего тела в механическую энергию (работу) невозможно. Это утверждение является одной из формулировок второго начала (закона) термодинамики.

Превращение внутренней энергии в механическую работу происходит в тепловых двигателях, которые работают циклически. Согласно второму началу термодинамики, для работы теплового двигателя необходимо наличие не только нагревателя (источника тепла с температурой $T_1$), от которого рабочее тело получает энергию, но и холодильника (теплоприемника с более низкой температурой $T_2$), которому рабочее тело отдает часть полученной энергии.

Даже для идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, коэффициент полезного действия (КПД), который показывает, какая доля полученного тепла превращается в работу, всегда меньше единицы (или 100%). Максимально возможный КПД определяется формулой:

$\eta_{max} = \frac{T_1 - T_2}{T_1} = 1 - \frac{T_2}{T_1}$

где $T_1$ – абсолютная температура нагревателя, а $T_2$ – абсолютная температура холодильника.

Из этой формулы видно, что для достижения 100%-го КПД ($\eta = 1$) необходимо, чтобы температура холодильника $T_2$ была равна абсолютному нулю ($\text{0}$ К). Однако, согласно третьему началу термодинамики, достижение температуры абсолютного нуля невозможно.

Таким образом, любая реальная или даже идеальная тепловая машина не может преобразовать всю полученную от нагревателя внутреннюю энергию в работу; часть этой энергии неизбежно будет передана холодильнику.

Если же рассматривать нециклический процесс, например, адиабатное расширение газа, то работа совершается за счет уменьшения его внутренней энергии. Однако, чтобы вся внутренняя энергия превратилась в работу, газ должен был бы охладиться до абсолютного нуля, что, как уже было сказано, невозможно.

Ответ: Нет, невозможно полностью превратить внутреннюю энергию рабочего тела в механическую энергию из-за ограничений, накладываемых вторым началом термодинамики.