Тепловые двигатели и устройства: объяснение и задачи по физике 8 класса

Тепловые двигатели в 8 классе — это машины, которые превращают энергию сгоревшего топлива в механическую работу: двигатель автомобиля, паровая турбина, реактивный мотор. У любого такого двигателя есть нагреватель, рабочее тело и холодильник, а полезную долю энергии показывает КПД. Разберём, как они устроены, и посчитаем КПД.

Суть простыми словами

Поставь на огонь кастрюлю с плотной крышкой: пар приподнимет крышку и она задребезжит. Это и есть тепловой двигатель в миниатюре: тепло превратилось в движение. Настоящая машина делает то же, но по кругу, много раз в секунду.

Из чего состоит любой тепловой двигатель.

• Нагреватель — источник энергии, например сгорающее топливо.
• Рабочее тело — газ или пар, который расширяется и совершает работу (толкает поршень, вращает турбину).
• Холодильник — то, куда уходит оставшееся тепло: окружающий воздух, вода, выхлопные газы. Влад в опросе «Формула дня №6» (26.07.2026) спрашивает: «Какую роль в тепловой машине выполняет «холодильник»?» Верный вариант там третий: «Отбирает лишнее тепло у рабочего тела (газа) после совершения работы». К бытовому холодильнику слово отношения не имеет.

Четыре такта двигателя внутреннего сгорания. 1) Впуск: поршень идёт вниз, в цилиндр заходит смесь топлива с воздухом. 2) Сжатие: поршень идёт вверх и сжимает смесь. 3) Рабочий ход: смесь поджигается (в бензиновом двигателе — искрой свечи), горячий газ расширяется и толкает поршень. 4) Выпуск: поршень выталкивает отработанные газы.

КПД теплового двигателя:

η = A_полезная / Q₁ · 100 %,

где Q₁ — теплота, полученная от нагревателя (сгорания топлива), A_полезная — полезная работа. Так как часть теплоты Q₂ неизбежно уходит холодильнику, A = Q₁ − Q₂, и КПД всегда меньше 100 %. У реальных двигателей он составляет десятки процентов.

Разобранная задача. За час двигатель получил от сгоревшего топлива 200 МДж энергии и совершил полезную работу 50 МДж. Каков КПД? η = 50 / 200 · 100 % = 25 %. Остальные 150 МДж ушли холодильнику, то есть в выхлоп и стенки. Ответ: 25 %.

Где встречается на экзамене

В кодификаторе ОГЭ 2027 тема называется «Принципы работы тепловых двигателей. КПД теплового двигателя», а двигатель внутреннего сгорания и паровая турбина указаны среди технических устройств. Соответствие «устройство — явление в основе его работы» — это задание 2. В демо 2027 среди вариантов есть «превращение внутренней энергии в механическую». Там он лишний: генератор работает на электромагнитной индукции, электродвигатель — на действии магнитного поля на проводник с током (ответ 41). А вот к ДВС или паровой турбине подошёл бы именно он. Расчёт КПД вместе с теплотой сгорания топлива может попасть в задание 8: по спецификации оно целиком про тепловые явления. Повторить тему к годовой контрольной поможет страница ВПР по физике 8 класс.

Где ошибаются

1. Получают КПД больше 100 %. Полезная работа не может превышать затраченную энергию. Проверяй: в числителе меньшее число.
2. Подставляют в числитель Q₂. Полезная работа это A = Q₁ − Q₂, а не то, что ушло в холодильник.
3. Забывают процентный множитель или, наоборот, умножают дважды. В задачах по формуле η = A/Q получают долю (0,25), затем при желании переводят в проценты.
4. Путают единицы. Мегаджоули нужно переводить в джоули вместе с работой, или вести обе величины в МДж.
5. Считают, что можно сделать двигатель со 100 %. Холодильник нужен всегда: без него цикл не замкнуть, хотя бы часть тепла уйдёт.

Шпаргалка за 30 секунд

Четыре такта запоминаются по действию поршня:

Следующий шаг: посмотри, как нагреватель, газ и холодильник делят энергию, в тренажёре «Первый закон термодинамики», режим «Цикл». Затем начинается раздел об электричестве: электризация тел. Задачи на КПД — в сборнике задач по физике 8 класса, а записаться на живой разбор можно через пробное занятие по физике.