Найти КПД идеальной тепловой машины

Задание относится к предмету "Физика", разделу "Термодинамика".

Нам нужно рассчитать коэффициент полезного действия (КПД) идеальной тепловой машины. Для начала, давайте разберемся с важными понятиями и формулами.

Тепловая машина преобразует тепловую энергию в механическую работу. КПД тепловой машины (η) рассчитывается с помощью формулы: \[ \eta = \frac{A}{Q_1} \] где:

• \(A\) — работа, выполненная машиной за один цикл,
• \(Q_1\) — теплота, полученная машиной от горячего резервара за один цикл.

В задании сказано:

• произведена работа \(A = 4 \) кДж,
• передана энергия холодильнику \(Q_2 = 16 \) кДж.

Также мы знаем, что энергия, переданная холодильнику (\(Q_2\)), это та энергия, которая остаётся после выполнения работы и передаётся в холодный резервуар.

Полная теплота, полученная от горячего резервуара, складывается из работы и энергии, переданной холодильнику: \[ Q_1 = A + Q_2 \] Теперь подставим все значения в формулу: \[ Q_1 = 4 \text{ кДж} + 16 \text{ кДж} = 20 \text{ кДж} \]

Теперь найдем КПД: \[ \eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{4 \text{ кДж}}{20 \text{ кДж}} = 0.2 \]

КПД чаще всего выражается в процентах, для этого умножим результат на 100%: \[ \eta = 0.2 \times 100\% = 20\% \]

Итак, КПД идеальной тепловой машины в данном случае равен 20%.