Какой максимальный коэффициент полезного действия (КПД) может иметь тепловой двигатель, если температура нагревателя составляет 1000 °С, а температура охладителя равна 20 °С?

Физика 10 класс Тепловые машины и их эффективность максимальный КПД теплового двигателя температура нагревателя 1000 °С температура охладителя 20 °С физика тепловых процессов эффективность теплового двигателя Новый

Для определения максимального коэффициента полезного действия (КПД) теплового двигателя, мы можем использовать формулу, основанную на температуре нагревателя и охладителя. Эта формула выводится из второго закона термодинамики и называется формулой Карно.

Формула для КПД:

η = 1 - (T2 / T1)

где:

• η - максимальный КПД (в долях, т.е. от 0 до 1),
• T1 - абсолютная температура нагревателя (в Кельвинах),
• T2 - абсолютная температура охладителя (в Кельвинах).

Теперь нам нужно преобразовать температуры из градусов Цельсия в Кельвины. Для этого мы используем следующую формулу:

T(K) = T(°C) + 273.15

Шаг 1: Преобразуем температуры:

• Температура нагревателя: T1 = 1000 °C + 273.15 = 1273.15 K
• Температура охладителя: T2 = 20 °C + 273.15 = 293.15 K

Шаг 2: Подставим значения в формулу для КПД:

η = 1 - (T2 / T1) = 1 - (293.15 / 1273.15)

Шаг 3: Вычислим:

• 293.15 / 1273.15 ≈ 0.230
• η = 1 - 0.230 ≈ 0.770

Шаг 4: Переведем в проценты:

КПД = 0.770 * 100% ≈ 77.0%

Ответ: Максимальный коэффициент полезного действия теплового двигателя составляет примерно 77%. Это означает, что при идеальных условиях двигатель может преобразовать до 77% тепловой энергии в полезную работу.