Номер 2, страница 151 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 37. Паровая турбина. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. Задание 35 - номер 2, страница 151.

Условие.

2. Почему температура отработавшего пара в турбине меньше температуры пара, падающего на её лопасти?

Решение.

Решение

Снижение температуры отработавшего пара в турбине по сравнению с температурой пара на входе является прямым следствием преобразования энергии и описывается первым законом термодинамики.

Горячий пар, поступающий в турбину под высоким давлением, обладает большой внутренней энергией. Проходя через ступени турбины, пар адиабатно расширяется, то есть расширяется без теплообмена с окружающей средой. При расширении пар совершает механическую работу, толкая лопасти турбины и приводя ее ротор во вращение.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($ \Delta U $) равно разности между количеством теплоты ($ Q $), подведенной к системе, и работой ($ A $), совершённой системой:

$ \Delta U = Q - A $

Поскольку процесс в турбине происходит очень быстро, его можно считать адиабатным, то есть теплообмен с окружающей средой пренебрежимо мал ($ Q \approx 0 $). В этом случае первый закон термодинамики принимает вид:

$ \Delta U = -A $ или $ A = -\Delta U $

Это означает, что работа ($ A $) совершается газом (паром) исключительно за счет уменьшения его внутренней энергии ($ \Delta U $). Так как пар совершает полезную работу ($ A > 0 $), его внутренняя энергия уменьшается ($ \Delta U < 0 $). Внутренняя энергия газа напрямую зависит от его температуры — чем выше температура, тем больше внутренняя энергия. Следовательно, уменьшение внутренней энергии пара приводит к понижению его температуры.

Таким образом, часть внутренней энергии пара преобразуется в механическую энергию вращения турбины, что и вызывает его охлаждение.

Ответ: Температура отработавшего пара в турбине меньше, потому что при расширении пар совершает механическую работу по вращению лопастей. Эта работа совершается за счет уменьшения его собственной внутренней энергии, что макроскопически проявляется как понижение температуры пара.