Глава 1. Тепловые явления. § 23. Работа газа и пара при расширении — с. 88
§ 23. Вопрос 1. Как экспериментально подтвердить возможность совершения механической работы нагретым паром?
Нужно провести опыт, изображённый на рисунке 47: налить в пробирку немного воды, закрыть её пробкой и закрепить пробирку в держателе наклонно. Затем воду нагревают на пламени спиртовки. Когда вода закипает, образовавшийся пар расширяется, давит на пробку и выбрасывает её из пробирки. Пробка приобретает кинетическую энергию и поднимается (летит), то есть пар совершил механическую работу. (Опыт проводят осторожно, направляя отверстие пробирки в сторону от людей.)
§ 23. Вопрос 2. Какие превращения энергии происходят в опыте, изображённом на рисунке 47?
(рис. 47) [на рисунке: пробирка с водой, закрытая пробкой, нагревается на пламени спиртовки; из пробирки вылетает пробка с облачком пара]
При сгорании спирта выделяется энергия — внутренняя энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пламени. Часть этой энергии передаётся воде при теплопередаче, вода нагревается и закипает, образуется пар, то есть внутренняя энергия пара увеличивается. Пар, расширяясь, совершает механическую работу по выталкиванию пробки: часть внутренней энергии пара превращается в кинетическую энергию пробки. Схема: сгорание топлива → нагревание воды до кипения и образование пара → совершение механической работы. Часть энергии рассеивается в окружающую среду.
§ 23. Вопрос 3. Какие двигатели называют тепловыми?
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. К ним относятся паровые машины и турбины, двигатели внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные), реактивные двигатели. Простейшая модель теплового двигателя — цилиндр с поршнем, в котором расширяющийся газ или пар совершает работу, перемещая поршень.