1. Какой коэффициент полезного действия (КПД) идеального теплового двигателя, если температура нагревателя составляет 100°C, а температура холодильника - 45°C? 2. Если температура нагревателя равна 150°C, а холодильника - 20°C, какую работу сможет совершить идеальный тепловой двигатель, получив от нагревателя 1,0 * 10 кДж теплоты?

Физика 10 класс Тепловые машины и КПД КПД теплового двигателя температура нагревателя температура холодильника идеальный тепловой двигатель работа теплового двигателя 10 класс физика термодинамика формула КПД теплота от нагревателя физика 10 класс

Давайте разберем оба вопроса по порядку.

1. Какой коэффициент полезного действия (КПД) идеального теплового двигателя, если температура нагревателя составляет 100°C, а температура холодильника - 45°C?

Для нахождения КПД идеального теплового двигателя, мы используем формулу:

КПД = 1 - (T2 / T1)

где:

• T1 - абсолютная температура нагревателя (в Кельвинах),
• T2 - абсолютная температура холодильника (в Кельвинах).

Сначала преобразуем температуры из Цельсия в Кельвины:

• T1 = 100°C + 273 = 373 K,
• T2 = 45°C + 273 = 318 K.

Теперь подставим значения в формулу:

КПД = 1 - (318 / 373)

Считаем:

• 318 / 373 ≈ 0.852,
• КПД = 1 - 0.852 ≈ 0.148.

Таким образом, КПД идеального теплового двигателя составляет примерно 14.8%.

2. Если температура нагревателя равна 150°C, а холодильника - 20°C, какую работу сможет совершить идеальный тепловой двигатель, получив от нагревателя 1,0 * 10 кДж теплоты?

Сначала найдем абсолютные температуры:

• T1 = 150°C + 273 = 423 K,
• T2 = 20°C + 273 = 293 K.

Теперь воспользуемся той же формулой для расчета КПД:

КПД = 1 - (T2 / T1)

Подставляем значения:

КПД = 1 - (293 / 423)

Считаем:

• 293 / 423 ≈ 0.693,
• КПД = 1 - 0.693 ≈ 0.307.

Таким образом, КПД идеального теплового двигателя составляет примерно 30.7%.

Теперь, зная КПД, можем найти работу, которую сможет совершить двигатель, получив от нагревателя 1,0 * 10 кДж теплоты:

Работа (A) рассчитывается по формуле:

A = Q * КПД

где Q - количество теплоты, полученной от нагревателя. Подставляем значения:

A = 10000 Дж * 0.307

Считаем:

• A ≈ 3070 Дж.

Таким образом, идеальный тепловой двигатель сможет совершить работу примерно 3070 Дж.

Давайте разберем оба вопроса по очереди.

1. Коэффициент полезного действия (КПД) идеального теплового двигателя

КПД идеального теплового двигателя можно рассчитать по формуле:

KPD = 1 - (T2 / T1)

где:

• T1 - температура нагревателя в Кельвинах
• T2 - температура холодильника в Кельвинах

Сначала преобразуем температуры из градусов Цельсия в Кельвины:

• T1 = 100°C + 273,15 = 373,15 K
• T2 = 45°C + 273,15 = 318,15 K

Теперь подставим значения в формулу:

KPD = 1 - (318,15 / 373,15)

Вычислим:

KPD ≈ 1 - 0,852 = 0,148

Таким образом, КПД идеального теплового двигателя составляет примерно 14,8%.

2. Работа, которую сможет совершить идеальный тепловой двигатель

Для расчета работы, которую сможет совершить двигатель, мы можем использовать следующую формулу:

A = Q1 * KPD

где:

• A - работа, совершенная двигателем
• Q1 - количество теплоты, полученное от нагревателя
• KPD - коэффициент полезного действия

Сначала преобразуем температуру нагревателя и холодильника в Кельвины:

• T1 = 150°C + 273,15 = 423,15 K
• T2 = 20°C + 273,15 = 293,15 K

Теперь рассчитаем КПД для этих температур:

KPD = 1 - (T2 / T1) = 1 - (293,15 / 423,15)

KPD ≈ 1 - 0,693 = 0,307

Теперь подставим значение Q1 и KPD в формулу для работы:

A = Q1 * KPD = 1,0 * 10 кДж * 0,307

A ≈ 3,07 кДж

Таким образом, идеальный тепловой двигатель сможет совершить работу около 3,07 кДж, получив от нагревателя 1,0 * 10 кДж теплоты.