Тепловые машины: КПД и цикл Карно, 10 класс
Нагреватель, рабочее тело и холодильник: КПД двигателя, цикл Карно, холодильники и экология. Ниже — кратко о главном, таблица и частые ошибки.
Все 11 заданий темы — в полном тренажёре
- Подсказка и пошаговое решение каждой задачи
- 4 урока с теорией и чертежами
- Отчёт для родителя: что решено и где ошибки
Пробуйте. Условия — для родителей
Уровни сложности
В теме 11 заданий на 4 уровнях: разминка, основной, сложный, со звёздочкой.
Тепловые машины: КПД и цикл Карно — кратко
- Тепловая машина
Тепловая машина (тепловой двигатель) — устройство, превращающее внутреннюю энергию топлива в механическую работу, работая циклами. Любая тепловая машина имеет три части: нагреватель (температура T1), рабочее тело (газ или пар) и холодильник (температура T2 меньше T1). За цикл рабочее тело получает от нагревателя теплоту Q1, совершает работу A и отдаёт холодильнику теплоту Q2.
- Цикл Карно
Цикл Карно — идеальный обратимый цикл из двух изотерм и двух адиабат: 1–2 — изотермическое расширение при температуре нагревателя T1 (газ получает Q1); 2–3 — адиабатное расширение, газ остывает до T2; 3–4 — изотермическое сжатие при T2 (газ отдаёт Q2 холодильнику); 4–1 — адиабатное сжатие до T1.
- Холодильная машина
Холодильная машина — тепловая машина, работающая по обратному циклу: за счёт работы A внешнего источника (электродвигателя компрессора) она забирает теплоту Q2 у холодного тела и отдаёт теплоту Q1 = Q2 + A более горячему телу. Холодильный коэффициент — отношение Q2 : A.
- Как решать задачу на цикл
1) Отметьте на графике p–V состояния и определите процессы на участках. 2) Для каждого участка найдите ΔU, A′ и Q по первому закону. 3) Теплота Q1 — сумма положительных Q (где газ получает тепло). 4) Работа за цикл — площадь цикла (или сумма A′ по участкам). 5) η = A : Q1.
Тепловые машины: КПД и цикл Карно в таблице
| Что | Формулы | Ключевое |
|---|---|---|
| внутренняя энергия | U = 3/2 νRT = 3/2 pV | зависит только от T |
| работа газа | A′ = pΔV, площадь под p(V) | зависит от пути |
| количество теплоты | Q = cmΔt, Q = qm | тепловой баланс Qотд = Qпол |
| первый закон | Q = ΔU + A′ | закон сохранения энергии |
| изопроцессы | V: Q = ΔU; T: Q = A′; Q = 0: A′ = −ΔU | адиабата круче изотермы |
| второй закон | тепло — от горячего к холодному | необратимость |
| тепловая машина | η = (Q1 − Q2) : Q1 ≤ 1 − T2 : T1 | нужен холодильник |
Пример с ответом
Условие. Тепловая машина за цикл получает от нагревателя 1200 Дж теплоты и отдаёт холодильнику 900 Дж. Найдите работу за цикл и КПД.
Ответ. 300 Дж; 25 %.
2 шага с пояснениями — в полном тренажёре, в уроке «Принцип действия тепловой машины. КПД».
Открыть разбор →Частые ошибки
-
Ошибка 1КПД — отношение работы к теплоте, полученной от нагревателя (Q1), а не отданной холодильнику.
-
Ошибка 2Без холодильника тепловая машина работать не может: это следствие второго закона термодинамики. Холодильником может быть окружающий воздух или вода.
-
Ошибка 3В формуле Карно — абсолютные температуры. Для 527 °C и 27 °C: 1 − 300 : 800 = 62,5 %, а не 1 − 27 : 527 = 95 %.
Физика · 10 класс
Что внутри темы
- Урок 1Принцип действия тепловой машины. КПД
- Урок 2Цикл Карно
- Урок 3Двигатели и холодильные машины
- Урок 4Проверь себя: термодинамика
В полном тренажёре — 4 урока с теорией и чертежами, задания 3 уровней, подсказки и разбор каждой задачи.
Чему научится ученик
- Называть три части любой тепловой машины
- Вычислять КПД η = (Q1 − Q2) : Q1
- Находить работу цикла по графику
- Вычислять КПД цикла Карно и предельный КПД двигателя
- Объяснять работу холодильника и теплового насоса
- Оценивать влияние теплоэнергетики на природу
Ключевые понятия:тепловая машинанагревательрабочее телохолодильникКПД тепловой машиныциклцикл Карноидеальная тепловая машинадвигатель внутреннего сгоранияпаровая турбинахолодильная машинатепловой насос
Что требует школьная программа
Объяснять принцип действия тепловой машины и преобразования энергии в ней; вычислять КПД тепловой машины; описывать цикл Карно и вычислять его КПД; объяснять устройство двигателя внутреннего сгорания, паровой турбины, холодильника и кондиционера; обсуждать экологические проблемы теплоэнергетики.
Что повторить и что дальше
Термодинамика: работа газа и первый законФизика, 10 класс
Физика, 10 классВопросы
Тепловые машины: КПД и цикл Карно · 10 классВ каком классе проходят тему «Тепловые машины: КПД и цикл Карно»?
В 10 классе, предмет «Физика».
Что повторить перед этой темой?
Термодинамика: работа газа и первый закон (10 класс).
Что можно решить бесплатно?
Несколько задач прямо на этой странице. Подсказки, пошаговые решения и задания всех уровней — в полном тренажёре, первые 14 дней бесплатно.
Все темы 10 класса и отчёт для родителя
Первые 14 дней полный тренажёр бесплатно.
