Для решения данного вопроса сначала нужно определить коэффициент полезного действия (КПД) идеального теплового двигателя, используя формулу Кельвина. КПД идеального теплового двигателя определяется по формуле:
[ \eta = 1 - \frac{T_c}{T_h} ]
где:
- ( T_h ) — температура нагревателя в Кельвинах,
- ( T_c ) — температура холодильника в Кельвинах.
Температуру в Кельвинах можно найти, прибавив 273 к температуре в градусах Цельсия:
- Температура нагревателя ( T_h = 27^{\circ}C + 273 = 300 , K )
- Температура холодильника ( T_c = -27^{\circ}C + 273 = 246 , K )
Теперь подставим значения в формулу для КПД:
[ \eta = 1 - \frac{246}{300} ]
[ \eta = 1 - 0.82 = 0.18 ]
Итак, КПД идеального теплового двигателя составляет 18%.
Теперь, зная, что двигатель получил от нагревателя 200 МДж (мегаджоулей) энергии, можем найти механическую работу, которую он совершил, используя формулу:
[ W = Q_h \cdot \eta ]
где:
- ( W ) — механическая работа,
- ( Q_h ) — переданная энергия от нагревателя.
Подставляем известные значения:
[ W = 200 , \text{МДж} \cdot 0.18 = 36 , \text{МДж} ]
Таким образом, механическая работа, совершенная двигателем, составляет 36 МДж.