Номер 5, 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 5, страница 144.

Условие.

5. Что называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя и от чего он зависит?

Решение.

5. Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют физическую величину, показывающую, какая доля энергии, полученной от нагревателя, превращается в полезную механическую работу. Другими словами, это отношение совершенной полезной работы $A_{полезная}$ к количеству теплоты $Q_1$, полученному от нагревателя.

КПД (обозначается греческой буквой $\eta$ — "эта") вычисляется по формуле:

$\eta = \frac{A_{полезная}}{Q_1}$

Часто КПД выражают в процентах, для этого результат умножают на 100%:

$\eta = \frac{A_{полезная}}{Q_1} \cdot 100\%$

Согласно первому закону термодинамики для теплового двигателя, полезная работа равна разности между количеством теплоты, полученным от нагревателя ($Q_1$), и количеством теплоты, отданным холодильнику ($Q_2$):

$A_{полезная} = Q_1 - Q_2$

Подставив это выражение в формулу для КПД, получим:

$\eta = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$

Из этой формулы видно, что КПД теплового двигателя всегда меньше 1 (или 100%), так как часть теплоты ($Q_2$) неизбежно передается холодильнику (например, окружающей среде).

От чего зависит КПД:

КПД теплового двигателя зависит от его конструкции и принципа работы. В общем случае, он определяется соотношением полученной и отданной теплоты.

1. Для реального теплового двигателя КПД зависит от множества факторов: конструктивных особенностей, качества топлива, потерь на трение, неполного сгорания топлива, теплоотдачи в окружающую среду и других технологических аспектов.

2. Максимально возможный КПД для тепловой машины, работающей с нагревателем температуры $T_1$ и холодильником температуры $T_2$, имеет идеальный тепловой двигатель (работающий по циклу Карно). Его КПД зависит только от абсолютных температур нагревателя и холодильника:

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

где температуры $T_1$ и $T_2$ выражены в кельвинах. Эта формула показывает, что для повышения КПД любого теплового двигателя необходимо увеличивать температуру нагревателя ($T_1$), уменьшать температуру холодильника ($T_2$) и минимизировать все виды потерь энергии.

Ответ: Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют отношение полезной работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. КПД зависит от конструктивных особенностей двигателя и условий его работы, но в общем случае определяется соотношением полученной от нагревателя и отданной холодильнику теплоты. Теоретический максимальный КПД зависит только от абсолютных температур нагревателя и холодильника.