Шарик с гелием в воздухе всплывает наверх, потому что у него плотность меньше. Воздух выталкивает шарик с такой же силой, с какой земля притягивает тот же объём воздуха. Значит на шарик в целом действуют следующие силы: вверх: выталкивающая Архимедова сила A=m1g; где m1 - масса воздуха такого-же объёма, как весь шарик (5л). m1=V*p1, p1 - плотность воздуха. Значит A=Vp1g;
вниз на шарик действуют три силы: 1) сила тяжести гелия G=m2g, m2=V*p2, p2 - плотность гелия. G=Vp2g;
2) сила тяжести оболочки шарика O=m3g;
3) сила натяжения нити N.
Скорость шарика постоянна, а это значит что сумма всех сил, действующих на него равна нулю. (пусть положительным будет направление "вниз", значит A имеет отрицательный знак)
Значит G+O+N+A=0;
Отсюда N=-A-G-O;
N=Vp1g-Vp2g-m3g;
N=g*(V*(p1-p2)-m3);
N=10*(0.005*(1.3-0.2)-0.005);
N=55.25 мН.
2) КПД есть отношение полезной энергии к затраченной. КПД=A/Q, Q - теплота от нагревателя. значит холодильник получил 0,4Q, то есть в холодильник ушло в Q/0.4Q=2.5 раза меньше тепла, чем пришло от нагревателя.
3)При изотермическом процессе PV=const.
получается 5PV=P*(V+0.2); 5V=V+0.2; 4V=0.2; V=0.05 м^3