Какой будет КПД этой тепловой машины, если за один цикл работы конденсируется 20 г пара и плавится 100 г льда?

Тепловые машины используются для преобразования тепловой энергии в механическую работу. КПД (коэффициент полезного действия) тепловой машины показывает, какая часть поступающей в машину теплоты используется для совершения работы.

Для расчета КПД тепловой машины нужно вычислить отношение механической работы, которую она выполняет, к количеству теплоты, которая поступает в машину. Формула КПД выглядит следующим образом:

КПД = (Выполненная работа / Поступившая теплота) * 100%

Чтобы решить задачу, нам нужно вычислить выполненную работу и поступившую теплоту.

Выполненная работа:
Выполненная работа - это работа, совершенная за один цикл работы тепловой машины. В нашем случае, это работа, совершаемая при конденсации пара и плавлении льда.

Работа конденсации пара вычисляется с помощью формулы:
Выполненная работа = масса пара * удельная теплота конденсации пара

Работу плавления льда можно найти, используя формулу:
Выполненная работа = масса льда * удельная теплота плавления льда

Поступившая теплота:
Поступившая теплота - это сумма теплоты, необходимая для плавления льда и конденсации пара.

Поступившая теплота = (масса пара * удельная теплота конденсации пара) + (масса льда * удельная теплота плавления льда)

Теперь, имея значения выполненной работы и поступившей теплоты, мы можем вычислить КПД.

КПД = (Выполненная работа / Поступившая теплота) * 100%

Пример использования:

Масса пара = 20 г
Масса льда = 100 г
Температура пара = 100 °C
Температура льда = 0 °C
Удельная теплота конденсации пара = 2.3 МДж/кг
Удельная теплота плавления льда = 340 кДж/кг

Выполненная работа конденсации пара:
Выполненная работа = 20 г * (2.3 МДж/кг) = 46 кДж

Выполненная работа плавления льда:
Выполненная работа = 100 г * (340 кДж/кг) = 34 кДж

Поступившая теплота:
Поступившая теплота = (20 г * 2.3 МДж/кг) + (100 г * 340 кДж/кг) = 46 кДж + 34 кДж = 80 кДж

КПД:
КПД = (Выполненная работа / Поступившая теплота) * 100% = (46 кДж / 80 кДж) * 100% ≈ 57%

Совет:
Для лучшего понимания задачи, рекомендуется использовать таблицу, чтобы организовать и вычислить все значения. Также полезно проверить свой расчет, используя физическую интуицию - КПД тепловой машины всегда будет меньше 100%, поскольку всегда есть потери в виде тепла.

Задание:
Пусть масса пара равна 30 г, масса льда равна 150 г, удельная теплота конденсации пара равна 2.8 МДж/кг, а удельная теплота плавления льда равна 400 кДж/кг. Вычислите КПД тепловой машины.