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.