§ 86. Примеры решения задач по теме «Первый закон термодинамики» — Задачи для самостоятельного решения — 10 — стр. 283

Рассмотрим принцип работы предлагаемого устройства. По условию задачи, давление \( p_1 \) в нижней части сосуда больше, чем \( p_2 \) в верхней части. За счёт разности давлений вода поднимается по трубке на высоту \( h \), где выполняется условие \( \rho g h = p_1 - p_2 \). При подъёме потенциальная энергия воды увеличивается на величину \( E_p = m g h \). Затем, падая с высоты \( h \), вода вращает турбинное колесо, передавая ему часть своей энергии.

Однако при этом не вся потенциальная энергия воды \( E_p \) переходит в энергию вращения турбины \( E_\text{турб} \). Часть энергии теряется на преодоление сопротивления потока и другие неидеальности, что приводит к тому, что \( E_\text{турб} < E_p \).

Поскольку часть энергии теряется, общая внутренняя энергия системы постепенно уменьшается. Это снижение энергии сопровождается снижением температуры воздуха в нижней камере. Так как объём газа остаётся неизменным (процесс изохорный), уменьшение температуры приводит к снижению давления \( p_1 \).

С течением времени разность давлений \( p_1 - p_2 \) станет недостаточной для поднятия воды на высоту \( h \). В результате устройство перестанет работать.

В идеальном случае, если бы вся энергия переходила в работу турбины без потерь, она могла бы вращаться вечно, но в реальных условиях из-за потерь энергии это невозможно. Таким образом, данная машина не может работать вечно без внешнего подвода энергии.