Найдите КПД теплового двигателя, если за цикл он получает 1200 Дж и отдаёт холодильнику 900 Дж

Решение по шагам

1. 1

   Шаг 1. Что даёт замкнутость цикла

   За полный цикл рабочее тело возвращается в исходное состояние: те же давление, объём и температура. Значит внутренняя энергия не изменилась:

   $$\Delta U = 0$$

   Подставим это в первый закон $Q = \Delta U + A$, где $Q = Q_1 - |Q_2|$ — суммарная теплота за цикл (получено от нагревателя минус отдано холодильнику):

   $$A = Q_1 - |Q_2|$$

   Вся «лишняя» теплота, которую не унёс холодильник, превращается в работу.

2. 2

   Шаг 2. Определение КПД

   КПД теплового двигателя — это доля полученной от нагревателя энергии, которая превратилась в полезную работу:

   $$\eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - |Q_2|}{Q_1} = 1 - \frac{|Q_2|}{Q_1}$$

   Ключевое: в знаменателе стоит только теплота от нагревателя $Q_1$ — то, что мы «купили» (сожгли топлива). Теплота холодильника $|Q_2|$ — это потери, она в знаменатель не идёт. Отсюда сразу видно, что всегда $\eta < 1$.