Питання №1: Які можуть бути робочими речовинами теплового двигуна, окрім води, бензину, водяної пари та рідкого заліза?

Мистический_Дракон

47

Питання №1: Тепловий двигун може використовувати різні робочі речовини, окрім води, бензину, водяної пари та рідкого заліза. Основним принципом роботи теплового двигуна є використання теплоти, яка перетворюється на механічну роботу. Таким чином, будь-яка речовина, яка може змінювати свій об"єм під дією нагрівання, може бути використана як робоча речовина у тепловому двигуні. Деякі приклади таких робочих речовин включають повітря, гелій, позитивні йотовмісні чорнила або навіть спеціальні хімічні речовини, які розширюються при підвищенні температури. Вибір робочої речовини залежить від різних факторів, таких як висока ефективність перетворення теплоти у роботу та доступність речовини.

Питання №2: Для вирішення цього завдання ми скористаємося формулою для розрахунку виконаної роботи:
\[W = Q \cdot \eta\]

де \(W\) - виконана робота, \(Q\) - отримана теплота, \(\eta\) - коефіцієнт корисної дії.

Спочатку знайдемо отриману теплоту. За умовою, питома теплота спалювання природного газу дорівнює 44 МДж/кг. Отже, для 400 г (або 0,4 кг) природного газу, отримана теплота буде:
\[Q = 0,4 \, \text{кг} \cdot 44 \, \text{МДж/кг} = 17,6 \, \text{МДж}\]

Тепер, знаючи отриману теплоту, використаємо дані про коефіцієнт корисної дії. Згідно умови, 25% отриманої теплоти витрачено на корисну роботу. Це означає, що коефіцієнт корисної дії \(\eta\) дорівнює 0,25.

Підставивши дані в формулу, отримаємо:
\[W = 17,6 \, \text{МДж} \cdot 0,25 = 4,4 \, \text{МДж}\]

Отже, виконана робота тепловим двигуном після спалювання 400 г природного газу становить 4,4 МДж.

Питання №3: Для порівняння внутрішньої енергії паливної суміші та продукту її горіння, звернемося до принципу збереження енергії. Внутрішня енергія є сумою кінетичної і потенційної енергії частинок речовини.

Слід зазначити, що внутрішня енергія залежить від температури речовини. У циліндрі внутрішнього згоряння до кінця такту стиснення, паливна суміш буде мати потенційну енергію, пов"язану з його станом згоряння. Однак, після горіння і повороту колінчастого вала, продукт її горіння буде мати кінетичну енергію, пов"язану з його рухом. Зважаючи на це, продукт горіння матиме більшу внутрішню енергію, оскільки кінетична енергія зазвичай переважає потенційну енергію.

Отже, продукт горіння до кінця робочого ходу матиме більшу внутрішню енергію порівняно з паливною сумішшю в циліндрі внутрішнього згоряння до кінця такту стиснення.