Номер 6, 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 6, страница 144.

Условие.

6. Что нужно сделать, чтобы повысить КПД теплового двигателя?

Решение.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя — это отношение совершённой полезной работы к количеству теплоты, полученной от нагревателя. Максимально возможный КПД для теплового двигателя, работающего между двумя тепловыми резервуарами, описывается формулой для цикла Карно:

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

где $T_1$ – абсолютная температура нагревателя, а $T_2$ – абсолютная температура холодильника (обе температуры выражены в Кельвинах).

Эта формула показывает, что КПД идеального двигателя зависит только от температур нагревателя и холодильника. Чтобы увеличить КПД, необходимо увеличить разницу между $T_1$ и $T_2$ таким образом, чтобы дробь $\frac{T_2}{T_1}$ стала как можно меньше. Этого можно достичь двумя путями:

1. Повышать температуру нагревателя ($T_1$). Чем выше температура рабочего тела (например, сгорающих газов в двигателе внутреннего сгорания или пара в турбине), тем выше теоретический предел КПД. На практике это достигается за счет использования более калорийного топлива, улучшения процессов горения и применения жаропрочных материалов в конструкции двигателя.

2. Понижать температуру холодильника ($T_2$). В качестве холодильника обычно выступает окружающая среда. Чем ниже температура отработанных газов или пара на выходе, тем больше энергии было преобразовано в работу. На практике возможности понижения $T_2$ ограничены температурой окружающей среды, но использование эффективных систем охлаждения (радиаторов, градирен) помогает приблизиться к этому пределу.

Для реальных двигателей, КПД которых всегда ниже идеального, существуют и другие способы его повышения, направленные на борьбу с потерями энергии:

• Уменьшение трения между движущимися частями двигателя за счет использования качественных смазочных материалов и подшипников.
• Уменьшение тепловых потерь через стенки цилиндров и другие части двигателя путем их теплоизоляции.
• Обеспечение более полного сгорания топлива для максимального выделения энергии.

Ответ: Чтобы повысить КПД теплового двигателя, необходимо: 1) повышать температуру нагревателя, 2) понижать температуру холодильника, а также 3) уменьшать энергетические потери на трение, неполное сгорание топлива и утечку тепла в окружающую среду.