1. Какую полезную работу выполняет идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, если ее КПД составляет 40%, а холодильнику отдается 300 Дж тепла?

2. Если температура нагревателя идеальной тепловой машины равна 527°С, а температура холодильника - 127°С, то какое количество теплоты получает машина от нагревателя, если она совершила работу в 700 Дж?

3. Если КПД тепловой машины составляет 18%, то каким будет КПД, если уменьшить потери тепла в 2 раза?

Пожалуйста, решите эти задачи с подробным объяснением. Обещаю 40 баллов.

Физика 11 класс Тепловые машины и их эффективность (КПД) идеальная тепловая машина цикл Карно КПД полезная работа Количество теплоты температура нагревателя холодильник потеря тепла физика 11 класс задачи по физике Новый

Давайте разберем каждую задачу по порядку.

Задача 1:

Нам нужно найти полезную работу, выполняемую идеальной тепловой машиной, если известны КПД и количество тепла, отданного холодильнику.

• КПД (η) тепловой машины определяется по формуле: η = A/Q1, где A - полезная работа, Q1 - количество теплоты, полученное от нагревателя.
• Также мы знаем, что Q1 = Q2 + A, где Q2 - количество теплоты, отданное холодильнику.
• Из условия задачи известно, что КПД составляет 40%, а Q2 = 300 Дж.

Теперь можем выразить A через Q2:

1. Сначала найдем A через КПД: A = η * Q1.
2. Подставляем Q1: A = η * (Q2 + A).
3. Теперь подставим известные значения: 0.4 = A / (300 + A).
4. Умножим обе стороны на (300 + A): 0.4 * (300 + A) = A.
5. Раскроем скобки: 120 + 0.4A = A.
6. Переносим 0.4A на правую сторону: 120 = A - 0.4A.
7. Получаем: 120 = 0.6A, следовательно A = 120 / 0.6 = 200 Дж.

Ответ: Полезная работа, выполняемая машиной, составляет 200 Дж.

Задача 2:

Теперь найдем количество теплоты, полученное от нагревателя, если известна работа, совершенная машиной.

• КПД (η) можно выразить через температуры нагревателя (T1) и холодильника (T2) по формуле: η = 1 - (T2/T1).
• Температуры нужно перевести в Кельвины: T1 = 527 + 273 = 800 К, T2 = 127 + 273 = 400 К.
• Теперь подставим эти значения в формулу для КПД: η = 1 - (400/800) = 1 - 0.5 = 0.5, то есть 50%.

Теперь мы знаем, что работа A = 700 Дж и можем выразить количество теплоты, полученное от нагревателя Q1:

1. Используем формулу КПД: η = A / Q1.
2. Подставляем известные значения: 0.5 = 700 / Q1.
3. Переносим Q1 на другую сторону: Q1 = 700 / 0.5 = 1400 Дж.

Ответ: Количество теплоты, полученное от нагревателя, составляет 1400 Дж.

Задача 3:

В этой задаче нам нужно найти новый КПД, если потери тепла уменьшаются в 2 раза.

• КПД (η) тепловой машины определяется как η = A / Q1, где A - полезная работа, а Q1 - количество теплоты, полученное от нагревателя.
• Если КПД составляет 18%, это значит, что η = 0.18.
• Потери тепла можно выразить как Q2 = Q1 - A, где A = η * Q1.

Сначала найдем Q1:

1. Поскольку η = 0.18, то A = 0.18 * Q1.
2. Тогда Q2 = Q1 - 0.18 * Q1 = 0.82 * Q1.
3. Если потери тепла уменьшаются в 2 раза, то новые потери Q2' = 0.82 * Q1 / 2.

Теперь найдем новый КПД:

1. Новый КПД будет равен: η' = A / (A + Q2').
2. Подставим A = 0.18 * Q1 и Q2' = 0.41 * Q1: η' = (0.18 * Q1) / (0.18 * Q1 + 0.41 * Q1).
3. Сложим: η' = (0.18) / (0.18 + 0.41) = (0.18) / (0.59) ≈ 0.305 или 30.5%.

Ответ: Новый КПД составляет примерно 30.5%.