ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 88.2

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо рассмотреть принцип действия теплового двигателя как устройства, преобразующего внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Мы выделим три ключевых компонента: нагреватель, холодильник и рабочее тело, и опишем функции каждого из них в термодинамическом цикле.

Вычисление и анализ ролей компонентов:

1. Нагреватель. Это источник энергии с высокой температурой (T₁). Его роль заключается в передаче теплоты рабочему телу. В качестве нагревателя могут выступать продукты сгорания топлива в цилиндре двигателя внутреннего сгорания или пар высокого давления в турбине. Без нагревателя невозможно получить энергию для совершения работы.
2. Рабочее тело. Это газ или пар, который непосредственно совершает работу. Получая теплоту от нагревателя, рабочее тело расширяется и давит на поршень или лопатки турбины, превращая часть полученной энергии в механическую работу A. Затем оно должно вернуться в исходное состояние, чтобы цикл мог повториться.
3. Холодильник. Это среда с низкой температурой (T₂), обычно окружающий воздух или вода. Его роль критически важна для завершения цикла: рабочее тело должно отдать избыточную теплоту холодильнику, чтобы сжаться и вернуться к начальному состоянию. Согласно второму началу термодинамики, невозможно полностью превратить теплоту в работу; часть энергии обязательно должна быть рассеяна в холодильнике.

Проверка и вывод:

Рассмотрим формулу КПД тепловой машины Карно: η=T₁-T₂/T₁ Из неё видно, что работа возможна только при наличии разности температур между нагревателем (T₁) и холодильником (T₂). Если убрать холодильник, цикл прервётся, так как рабочее тело не сможет сбросить энтропию и вернуться в исходное состояние. Таким образом, все три элемента необходимы для непрерывного функционирования двигателя.