Тепловая машина, рабочим телом которой является  и...

Created on: December 11, 2025

Answered using GPT-5 Instant by Chat01

Question

Тепловая машина, рабочим телом которой является  идеальный газ, совершает цикл, состоящий из изобарного расширения 1-2, изохорного охлаждения 2-3, изобарного сжатия 3-4 и изохорного нагревания 4-1. Давления на изобарах отличаются в два раза. Во сколько раз изменится работа газа за цикл, если максимальную температуру в цикле увеличить на 10%? Максимальный и минимальный объёмы газа, а также минимальная температура не изменяются.

Answer

Разберём задачу шаг за шагом.


1. Описание цикла

Цикл состоит из четырёх процессов:

  1. 1–2 — изобарное расширение при p1=pвысp_1 = p_\text{выс};
  2. 2–3 — изохорное охлаждение;
  3. 3–4 — изобарное сжатие при p3=pниз=12pвысp_3 = p_\text{низ} = \frac{1}{2} p_\text{выс};
  4. 4–1 — изохорное нагревание.

Значит, цикл изображается прямоугольником в координатах pVp–V.


2. Работа за цикл

Работа за цикл равна площади прямоугольника на диаграмме pVp–V:

A=(p1p3)(V2V1)A = (p_1 - p_3)(V_2 - V_1)

Поскольку p1=2p3p_1 = 2 p_3, получаем:

A=(2p3p3)(V2V1)=p3(V2V1)A = (2p_3 - p_3)(V_2 - V_1) = p_3 (V_2 - V_1)

3. Связи между температурами и давлениями

Для идеального газа pV=mMRTpV = \frac{m}{M}RT.

Из соотношений для изобар:

T2T1=V2V1(изобарное расширение)\frac{T_2}{T_1} = \frac{V_2}{V_1} \quad (\text{изобарное расширение})

Из изохор:

p1T1=p4T4T4T1=p4p1\frac{p_1}{T_1} = \frac{p_4}{T_4} \quad \Rightarrow \quad \frac{T_4}{T_1} = \frac{p_4}{p_1}

4. Определим температуры в точках

Пусть минимальная температура Tmin=T3=T4T_\text{min} = T_3 = T_4,
максимальная Tmax=T2=T1V2V1T_\text{max} = T_2 = T_1 \frac{V_2}{V_1}.

Также из соотношений по изохоре 2–3:

p2T2=p3T3T3T2=p3p2=12.\frac{p_2}{T_2} = \frac{p_3}{T_3} \Rightarrow \frac{T_3}{T_2} = \frac{p_3}{p_2} = \frac{1}{2}.

Следовательно,

T2=2T3,T1=T4=T3.T_2 = 2T_3, \quad T_1 = T_4 = T_3.

5. После увеличения максимальной температуры на 10%

Пусть новая максимальная температура T2=1.1T2=2.2T3T_2' = 1.1T_2 = 2.2T_3.
Так как минимальная температура и объёмы не изменяются, при изобарном расширении 1–2:

T2T1=V2V1.\frac{T_2'}{T_1} = \frac{V_2'}{V_1}.

Но объёмы по условию не изменяются, значит, давление p1p_1' изменится:

p1=nRT2V2=1.1nRT2V2=1.1p1.p_1' = \frac{nRT_2'}{V_2} = 1.1 \cdot \frac{nRT_2}{V_2} = 1.1 p_1.

Так как отношение давлений в два раза сохраняется, p3=12p1=1.1p3p_3' = \frac{1}{2}p_1' = 1.1 p_3.


6. Работа в новом цикле

A=(p1p3)(V2V1)=(1.1p11.1p3)(V2V1)=1.1(p1p3)(V2V1)=1.1A.A' = (p_1' - p_3')(V_2 - V_1) = (1.1p_1 - 1.1p_3)(V_2 - V_1) = 1.1 (p_1 - p_3)(V_2 - V_1) = 1.1A.

Ответ:

\boxed{\text{Работа за цикл увеличится в 1.1 раза (на 10%).}}

💡 Итог:

  • Максимальная температура выросла на 10%;
  • Давления на изобарах выросли также на 10%;
  • Разность давлений, а значит и работа за цикл, увеличилась на 10%.

Share this Q&A