Рішення завдання з розділу «Підготовка до ЗНО з фізики» на тему «Термодинаміка. Розрахунок ККД замкнутого циклу »
З одним молем ідеального одноатомного газу здійснюють циклічний процес 1-2-3-4-1 (див.рис.) У скільки разів ККД даного циклу менше, ніж ККД ідеальної теплової машини, що працює при тих же максимальної і мінімальної температур?
Завдання досить об'ємна. Але нічого виходить за рамки шкільного курсу фізики, тут немає.
Спочатку прораховуємо ККД ідеальної теплової машини за формулою Карно. Температура нагрівача - це максимальна температура газу в точці 3, а температура холодильника - це мінімальна температура газу в точці 1.
Далі вважаємо ККД циклу по відомим формулам для розрахунку ККД теплової машини. Робота газу за цикл визначається як площа фігури, яка потрапляє під графік залежності тиску від об'єму. А для того, щоб порахувати Q1, визначаємо ділянки, на яких робоче тіло (ідеальний газ) отримує енергію від нагрівача. Таких ділянок для цього циклу 2: 1-2 і 2-3.
За допомогою першого закону термодинаміки, рівнянь стану ідеального газу, визначаємо спочатку Q1. А після ККД цього циклу.
Визначивши ККД за формулою для ідеальної теплової машини (у першому випадку) і ККД циклу, знаходимо їх ставлення. Це і буде підсумкове рішення задачі.
Існує ще один спосіб визначення ККД циклу. Для цього необхідно буде розрахувати Q2 - ту енергію, яку робоче тіло віддає за цикл холодильника. Але тоді для розрахунку ККД циклу доведеться користуватися кілька іншою формулою.