-
Коэффициент полезного действия теплового двигателя определим по формуле
η=Q1A,
где A — работа газа за цикл, а Q1 — тепло, полученное от нагревателя за цикл.
-
Цикл состоит из двух изохор 1−2 и 3−4 и двух изобар 2−3 и 4−1 (см. рисунок). По закону Шарля
T1p1=T2p2,так как T2=3T1, то p2=p3=3p1.
По закону Гей-Люссака
T1V1=T4V4,а так как T4=T2=3T1, то V3=V4=3V1.
-
Работа за цикл равна площади фигуры на графике:
A=(p2−p1)(V3−V1)=4p1V1.
-
Положительное тепло газ получает на изохоре 1−2 и изобаре 2−3, поэтому
Q1=Q12+Q23.
С учётом U=23νRT и первого начала получаем для изохоры 1−2 (V= const, A=0):
Q12=ΔU12=23νR(T2−T1)=3νRT1.
Для изобары 2−3:
Q23=ΔU23+A23=23νR(T3−T2)+p2(V3−V2).
-
По уравнению Менделеева–Клапейрона (pV=νRT) имеем
νRT1=p1V1,νRT2=3p1V1,Q23=25p2(V3−V2)=252p1(3V1−V1)=15p1V1.
Тогда
Q1=Q12+Q23=3p1V1+15p1V1=18p1V1.
Следовательно,
η=Q1A=18p1V14p1V1=92≈0,222≈22,2%.
Ответ: η≈22,2%.