Номер 3, страница 144 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 35. Принципы работы тепловых двигателей. Вопросы для самопроверки - номер 3, страница 144.

Условие.

3. Почему рабочим телом двигателя является газ или пар?

Решение.

2. Каковы основные части теплового двигателя?

Любой тепловой двигатель представляет собой устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Для его функционирования по замкнутому циклу необходимы три основные части:

1. Нагреватель. Это источник тепла с высокой температурой $T_{1}$. Нагреватель передает рабочему телу количество теплоты $Q_{1}$. В роли нагревателя может выступать, например, сгорающее топливо в двигателе внутреннего сгорания или паровой котел в паровой турбине.

2. Рабочее тело. Это вещество, которое совершает механическую работу за счет своего расширения при нагревании. Чаще всего в качестве рабочего тела используют газ или пар. Рабочее тело, получив тепло от нагревателя, расширяется и приводит в движение поршень или лопатки турбины.

3. Холодильник. Это объект или среда с более низкой температурой $T_{2}$ (причем $T_{2} < T_{1}$). Рабочее тело, совершив работу, отдает холодильнику некоторое количество теплоты $Q_{2}$, которое не было преобразовано в работу. Это необходимо для того, чтобы рабочее тело вернулось в свое первоначальное состояние и цикл мог повториться. В большинстве случаев роль холодильника выполняет окружающая среда (атмосфера, вода).

Ответ: Основными частями теплового двигателя являются нагреватель, рабочее тело и холодильник.

3. Почему рабочим телом двигателя является газ или пар?

Газ или пар используются в качестве рабочего тела в тепловых двигателях, так как их физические свойства идеально подходят для преобразования тепловой энергии в механическую работу. Основные причины следующие:

1. Значительное тепловое расширение. Газы и пары обладают способностью сильно увеличивать свой объем при нагревании. Согласно уравнению состояния идеального газа, при постоянном давлении объем прямо пропорционален абсолютной температуре. Это большое изменение объема ($ \Delta V $) позволяет совершать значительную механическую работу ($A = P \Delta V$). В отличие от газов, жидкости и твердые тела расширяются при нагревании очень слабо, поэтому их использование в качестве рабочего тела было бы неэффективным.

2. Создание высокого давления. При нагревании в замкнутом объеме (например, в цилиндре двигателя) давление газа или пара резко возрастает. Это высокое давление создает большую силу, действующую на поршень, что позволяет двигателю развивать высокую мощность.

3. Сжимаемость. Для обеспечения непрерывной циклической работы двигателя рабочее тело должно иметь возможность возвращаться в исходное состояние. Газы и пары легко сжимаются при охлаждении и понижении давления, что позволяет замкнуть термодинамический цикл и подготовить систему к совершению следующего рабочего хода.

Ответ: Газ или пар используются в качестве рабочего тела, потому что они способны значительно расширяться и создавать высокое давление при нагревании, что позволяет им совершать большую механическую работу. Их сжимаемость также важна для обеспечения циклической работы двигателя.