3. Письменно выполнить задания в тетради: 1) Тепловой двигатель получает от нагревателя 7200 кДж теплоты и отдаёт холодильнику 5600 кДж тепла. Каков коэффициент полезного действия двигателя? 2) Вычислите коэффициент полезного действия турбины, если пар поступает при температуре 360 °C, а выходит из неё при температуре 30 °C. 3) В идеальной машине КПД равен 30%, газ получил от нагревателя 10 кДж теплоты. Какая полезная работа совершается? Какова температура нагревателя, если температура холодильника 20 °C? 4) Каков КПД двигателя мотоцикла, если при расходе 2 кг бензина в час двигатель развивает мощность 5 кВт? Удельная теплота сгорания бензина 46 МДж/кг. 5) Назовите экологические проблемы использования тепловых машин.

Полезная работа равна разности полученной и отданной теплоты: \(A=Q_1-Q_2=7200-5600=1600\) кДж.

КПД: \(\eta=\frac{A}{Q_1}=\frac{1600}{7200}\approx0.222\).

Ответ: \(\eta\approx22.2\%\).

Для идеальной тепловой машины используем температуры в кельвинах: \(T_1=360+273=633\) К, \(T_2=30+273=303\) К.

\(\eta=\frac{T_1-T_2}{T_1}=\frac{633-303}{633}\approx0.521\).

Ответ: максимально возможный КПД составляет примерно 52.1%.

Полезная работа: \(A=\eta Q_1=0.30\cdot10=3\) кДж.

Температура холодильника: \(T_2=20+273=293\) К. Для идеальной машины \(\eta=1-\frac{T_2}{T_1}\), поэтому \(T_1=\frac{T_2}{1-\eta}=\frac{293}{0.70}\approx419\) К.

Переводим в градусы Цельсия: \(t_1\approx419-273=146\ ^\circ\mathrm{C}\).

Ответ: полезная работа — 3 кДж; температура нагревателя — примерно 146 °C.

За час сгорает 2 кг бензина, поэтому выделяется \(Q=2\cdot46=92\) МДж. Мощность теплового потока топлива: \(P_1=\frac{92\cdot10^6}{3600}\approx25.56\) кВт.

КПД двигателя: \(\eta=\frac{P}{P_1}=\frac{5}{25.56}\approx0.196\).

Ответ: КПД мотоциклетного двигателя примерно 19.6%.

Использование тепловых машин приводит к выбросам углекислого газа и других загрязняющих веществ, усилению парникового эффекта, образованию смога и кислотных дождей. Также возможны загрязнение почвы и воды топливом и маслами, тепловое загрязнение и шум.