$1.$

 Uzasadnienie: 

Naszym zadaniem jest uzupełnienie schematu w zadaniu. Silnik pobiera ciepło z grzejnika, czyli strzałka będzie szła od grzejnika do silnika, z nad nią mamy ciepło przekazywane podczas kontaktu z grzejnikiem. Silnik oddaje ciepło do chłodnicy, czy strzałka biegnie od silnika do chłodnicy, a nad nią mamy ciepło przekazywane podczas kontaktu z chłodnicą. Silnik wykonuje pracę, którą zaznaczamy nad strzałką wychodzącą z silnika.

 Odpowiedź: 

$2.$  

 Uzasadnienie: 

Do silnika dostarczane jest ciepło w czasie kontaktu z grzejnikiem. Silnik wykorzystuje to ciepło na wykonanie pracy oraz na oddanie ciepła do chłodnicy. Dlatego ciepło przekazywane podczas kontaktu z grzejnikiem możemy przedstawić jako sumę wykonanej przez silnik pracy oraz ciepła przekazanego podczas kontaktu z chłodnicą.

 Odpowiedź: 

$\boxed{W}+\boxed{Q_2}=\boxed{Q_1}$

 

$3.$  

Jest to zasada zachowania energii w układach termodynamicznych, czyli pierwsza zasada termodynamiki.

 

$4.$  

Dane:

$W=200\text{kJ}$  

$Q_{\text{odd}}=300\text{kJ}$  

Szukane:

$\eta =?$

Rozwiązanie:

Naszym zadaniem jest obliczenie sprawności silnika cieplnego. Sprawność cyklu silnika cieplnego możemy przedstawić jako iloraz uzyskanej pracy i pobranego ciepła:

$\eta =\frac{W}{Q_{\text{pobr}}}\cdot 100\%$

gdzie:

$\eta$ - sprawność cyklu silnika cieplnego,

$W$ - praca wykonana przez silnik cieplny,

$Q_{\text{pobr}}$ - ciepło pobrane przez układ.

Pracę uzyskaną w przemianie gazu wyrażamy jako różnicę ciepła pobranego przez gaz i ciepła oddanego przez gaz:

$W=Q_{\text{pobr}}-Q_{\text{odd}}$

gdzie:

$W$ - praca w cyklu,

$Q_{\text{pobr}}$ - ciepło pobrane przez układ,

$Q_{\text{odd}}$ - ciepło oddane przez układ. 

Z tego wynika, że dla naszego przypadku ciepło pobrane prze silnik możemy przedstawić zależnością:

$W=Q_{\text{pobr}}-Q_{\text{odd}}|+Q_{\text{odd}}$

$W+Q_{\text{odd}}=Q_{\text{pobr}}$

$Q_{\text{pobr}}=W+Q_{\text{odd}}$

 Z tego wynika, że sprawność silnika dla naszego przypadku wynosi:

$\eta =\frac{W}{Q_{\text{pobr}}}\cdot 100\%$

$\eta =\frac{W}{W+Q_{\text{odd}}}\cdot 100\%$

Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:

$\eta =\frac{200\text{kJ}}{200\text{kJ}+300\text{kJ}}\cdot 100\%=$

$=\frac{200\cancel{\text{kJ}}}{500\cancel{\text{kJ}}}\cdot 100\%=$

$=0,4\cdot 100\%=40\%$

Odpowiedź: Sprawność silnika cieplnego wynosi 40%.