Физика 8 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 96

Тип: ГДЗ, Решебник.
Авторы: Перышкин И. М., Иванов А. И.
Часть: без частей.
Год: 2026.

Серия: (ФГОС).
Издательство: Просвещение.

   Обозначим количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя, Q₁, количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику, Q₂, работу, совершённую двигателем, А. Тогда А = Q₁ – Q₂. В действительности совершённая работа ещё меньше. Это связано с нагреванием деталей двигателя, наличием трения между ними и т. д.

   Отношение совершённой двигателем работы к количеству теплоты, выделившемуся при сгорании топлива, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя (КПД).

   Коэффициент полезного действия обозначают греческой буквой η («эта»).
   КПД теплового двигателя рассчитывают по формуле:

   η = A/Q₁

   Так как некоторое количество теплоты рабочее тело передаёт холодильнику, то А < Q₁ и коэффициент полезного действия всегда меньше единицы. Часто его выражают в процентах, тогда говорят, что КПД меньше 100%.

   η = Q₁ – Q₂/Q₁ · 100%

   Например, КПД современных турбоагрегатов может достигать 40–50%, бензинового двигателя составляет 20–25%, дизеля — 35%.

Номер 1.

Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива идёт на совершение механической работы?

Ответ:

   Не вся энергия, выделившаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу.
   Часть энергии теряется из‑за различных необратимых процессов:
   — тепловые потери: часть теплоты передаётся холодильнику (например, через систему охлаждения или выхлопные газы);
   — трение: энергия расходуется на преодоление трения между движущимися частями двигателя;
   — нагрев деталей: часть энергии идёт на нагрев корпуса и других элементов двигателя, которые не участвуют в совершении полезной работы;
   — неполное сгорание топлива: не всё топливо сгорает полностью, что снижает количество выделившейся энергии;
   — аэродинамические и другие потери: например, сопротивление воздуха, утечки рабочего тела.

Номер 2.

Что называют КПД теплового двигателя?

Ответ:

   Эффективность теплового двигателя, измеряемая его КПД, отражает, насколько успешно он преобразует тепловую энергию в механическую работу. КПД рассчитывается как доля полезной работы (A), выполненной двигателем, по отношению к общему количеству теплоты (Q₁), полученному от нагревателя.
   Другими словами, КПД наглядно показывает, какая часть поглощенного тепла действительно превращается в полезное движение, а какая неизбежно рассеивается.

   Формула для расчета КПД:

   η = A/Q₁

   В виде процентов:

   η = Q₁ – Q₂/Q₁ · 100%

   где Q₂ — это тепло, которое двигатель отдает холодильнику.

Номер 3.

Почему КПД двигателя меньше 100%?

Ответ:

   Согласно второму закону термодинамики, невозможно создать тепловой двигатель, который бы полностью превращал теплоту в работу.
   Часть теплоты неизбежно передаётся холодильнику (окружающей среде), поэтому:

   A = Q₁ – Q₂
   где Q₂ > 0.
   Из формулы КПД:

   η = Q₁ – Q₂/Q₁ · 100%

   видно, что Q₁ – Q₂ < Q₁, следовательно, η < 100%.

   Дополнительные причины: необратимые процессы (трение, турбулентность, утечки); конструктивные ограничения (неидеальность материалов, тепловые потери).

Номер 1

Можно ли внутреннюю энергию полностью превратить в механическую?

Ответ:

Согласно фундаментальным законам термодинамики, а также в силу неизбежной необратимости реальных физических процессов, полное преобразование внутренней энергии в механическую является принципиально недостижимым.

Номер 2

Приведите примеры известных вам тепловых двигателей. Что служит в этих двигателях нагревателем; холодильником? Что используется в качестве рабочего тела?

Ответ:

Двигатель внутреннего сгорания (бензиновый, дизельный):
   — нагреватель — сгорающее топливо;
   — холодильник — окружающая среда и система охлаждения;
   — рабочее тело — горючая смесь и продукты сгорания.

Паровая турбина (на ТЭС):
   — нагреватель — топка котла с топливом;
   — холодильник — конденсатор с охлаждающей водой;
   — рабочее тело — вода и водяной пар.

Реактивный двигатель (в авиации):
   — нагреватель — камера сгорания с топливом;
   — холодильник — окружающий воздух;
   — рабочее тело — воздух и продукты сгорания.

Паровая машина (паровоз):
   — нагреватель — топка с топливом;
   — холодильник — атмосфера;
   — рабочее тело — водяной пар.