ГДЗ по физике, 10 класс, Касьянов, номер 50.2: Тепловые двигатели

Газы и пары имеют слабую связь между молекулами, что позволяет им легко менять свой объем под действием давления. При нагревании они значительно расширяются, совершая работу над поршнем или турбиной. Это расширение является основным источником механической энергии в двигателе.

Кроме того, газы и пары могут занимать весь предоставленный им объем, обеспечивая равномерное давление на стенки цилиндра или лопатки турбины. Жидкости и твердые тела практически несжимаемы и не способны к такому значительному изменению объема без разрушения конструкции.

Работа теплового двигателя основана на циклическом процессе: нагревание — расширение (совершение работы) — охлаждение — сжатие. Газы и пары позволяют реализовать этот цикл с высоким коэффициентом полезного действия (КПД).

При использовании жидкостей или твердых тел невозможно получить такое же отношение работы расширения к затраченной энергии, так как их коэффициент теплового расширения крайне мал по сравнению с газами. Пары воды, например, при переходе из жидкого состояния в газообразное увеличивают объем в сотни раз, что обеспечивает мощный толчок для поршня.

Многие вещества могут переходить в газообразное состояние при относительно низких температурах или под давлением. Вода превращается в пар при 100 °C при нормальном атмосферном давлении, что делает её доступным и дешевым рабочим телом. Воздух также используется в двигателях внутреннего сгорания, где он смешивается с топливом и горит, превращаясь в горячие газы.

Использование газов и паров позволяет создавать компактные и мощные двигатели, так как энергия выделяется непосредственно внутри рабочего объема, а не передается через сложные механизмы от внешнего источника тепла.