Задание № 22 · ОГЭ

Реальная тепловая машина

Почему реальная тепловая машина не может превратить всё тепло в работу

2 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Реальная тепловая машина — это устройство, которое превращает часть энергии, полученной от нагревателя, в механическую работу, но всегда теряет часть теплоты при передаче холодильнику и из-за необратимых процессов. Поэтому её КПД меньше 100% и ниже предельного КПД идеальной машины Карно.

Реальная тепловая машинаТермин «реальная» подчёркивает отличие от идеализированной модели, в которой потери не учитываются.

Тепловая машина, в которой рабочее тело совершает циклический процесс с учётом трения, теплообмена при конечной разности температур, неполного сгорания топлива и других потерь. Она получает количество теплоты \(Q_1\) от нагревателя, совершает работу \(A\) и передаёт холодильнику количество теплоты \(Q_2\).

\(Q_1\)

количество теплоты от нагревателя

Дж

\(Q_2\)

количество теплоты, переданное холодильнику

Дж

\(A\)

работа машины за цикл

Дж

\(\eta\)

коэффициент полезного действия

Почему возникают потери

В КПД тепловой машины учитывается отношение полезной работы к энергии, полученной от нагревателя. В реальной установке часть энергии уходит на преодоление трения в механизмах, нагрев деталей и сопротивление движению. Теплота самопроизвольно переходит от более горячих тел к более холодным, поэтому передать всю полученную теплоту в работу невозможно: некоторую её часть необходимо отдать холодильнику.

Необратимыми называют процессы, которые нельзя полностью обратить без изменений в окружающей среде. К ним относятся трение, быстрое расширение газа, смешивание веществ и теплообмен при конечной разности температур. Именно необратимость ограничивает эффективность реальной машины; подробнее её смысл раскрывает страница об энтропии и необратимости.

Связь с энергией и КПД

\[A = Q_1 - Q_2, \qquad \eta = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1-Q_2}{Q_1} < 1\]

Равенство \(A=Q_1-Q_2\) выражает энергетический баланс тепловой машины. В реальной машине \(Q_2>0\), поэтому \(A<Q_1\), а КПД всегда меньше единицы, или 100%. Даже при уменьшении механических потерь передача теплоты холодильнику остаётся необходимой согласно второму закону термодинамики.

№

Пример

Если машина получает от нагревателя \(Q_1=1000\ \text{Дж}\) и отдаёт холодильнику \(Q_2=700\ \text{Дж}\), её работа равна \(A=300\ \text{Дж}\), а КПД — \(\eta=0{,}30\), или 30%.

Не путайте

Реальная тепловая машина — не то же самое, что идеальная машина Карно. Цикл Карно задаёт теоретический верхний предел КПД для заданных температур нагревателя и холодильника, но практически недостижим из-за необратимых процессов.

Проверьте себя

Почему КПД реальной тепловой машины не может быть равен 100%?

Главное за минуту

Главное

Реальная тепловая машина превращает в работу только часть теплоты, полученной от нагревателя.
Причины ограничений КПД — передача теплоты холодильнику и необратимые потери: трение, нагрев деталей, быстрый теплообмен и другие процессы.
Для цикла выполняются соотношения \(A=Q_1-Q_2\) и \(\eta=\frac{A}{Q_1}<1\).