Номер 3, страница 104 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

3. В чём состоит роль нагревателя, холодильника и рабочего тела теплового двигателя?

Тепловой двигатель — это устройство, которое циклически преобразует тепловую энергию в механическую работу. Для его функционирования необходимы три основных компонента: нагреватель, рабочее тело и холодильник. Роль каждого из них уникальна и критически важна для работы двигателя.

Нагреватель

Нагреватель — это система или тело с высокой температурой ($T_{1}$), которая служит источником энергии для двигателя. Его основная роль — передавать рабочему телу определенное количество теплоты ($Q_{1}$). Эта теплота увеличивает внутреннюю энергию рабочего тела (например, газа или пара), заставляя его расширяться. Именно это расширение и приводит к совершению полезной механической работы. Таким образом, нагреватель "заряжает" рабочее тело энергией. В реальных двигателях роль нагревателя может выполнять, например, камера сгорания, где сжигается топливо, или ядерный реактор на атомной электростанции.

Ответ: Роль нагревателя заключается в передаче тепловой энергии рабочему телу, которая затем преобразуется в механическую работу.

Холодильник

Холодильник — это система или тело с более низкой температурой ($T_{2}$), чем у нагревателя. Его роль состоит в том, чтобы забирать у рабочего тела ту часть теплоты ($Q_{2}$), которая не была преобразована в работу. Согласно второму закону термодинамики, невозможно создать двигатель, который бы превращал 100% полученной теплоты в работу. Часть энергии неизбежно должна быть отведена в более холодную среду. Отвод тепла к холодильнику позволяет рабочему телу вернуться в свое первоначальное состояние (охладиться и сжаться), чтобы цикл мог повториться. Без холодильника двигатель совершил бы работу только один раз и остановился. В большинстве случаев роль холодильника выполняет окружающая среда (атмосферный воздух, вода в реке или море).

Ответ: Роль холодильника — отбирать у рабочего тела "избыточную" теплоту, позволяя ему вернуться в исходное состояние и обеспечивая тем самым непрерывность циклической работы двигателя.

Рабочее тело

Рабочее тело — это вещество (газ, пар или жидкость), которое непосредственно совершает работу в двигателе, выступая посредником между нагревателем и холодильником. Его роль заключается в выполнении циклического процесса:
1. Получение количества теплоты ($Q_{1}$) от нагревателя.
2. Расширение и совершение полезной работы ($A = Q_{1} - Q_{2}$).
3. Отдача остаточной теплоты ($Q_{2}$) холодильнику.
4. Сжатие и возвращение в исходное состояние для повторения цикла.
Таким образом, рабочее тело является тем элементом, который преобразует тепловую энергию в движение. Примерами рабочего тела служат пар в паровых машинах и турбинах или смесь паров бензина и воздуха в двигателях внутреннего сгорания.

Ответ: Роль рабочего тела состоит в том, чтобы циклически расширяться при получении тепла от нагревателя, совершая при этом механическую работу, и сжиматься при отдаче тепла холодильнику.