Теплоемкость - характеристика сугубо дифференциальная (хохо), поэтому в задаче все приращения будут малыми
Пусть поршень находится в некоем равновесном состоянии (газ давит, пружина сжата), и мы сообщаем в систему некое малое (!) количество теплоты.
Согласно первому началу
С изменением внутренней энергии все будет просто, а вот работу хотелось бы пересчитать через изменение температуры. Для этого вспомним, что малая работа
И попробуем через уравнение состояния связать объем с температурой. Напомним, что давление газа
И по условию задачи l - это и деформация пружины, и длина части поршня, занимаемого газом, поэтому
Теперь
То, что молярная теплоемкость газа в такой системе равна 2R - достаточно известный факт. Мы его доказали, и выразили количество вещества газа через данные температуру давление и объем
n(КПД) равняется отношению полезной работы на затраченную:
n=Aп/Аз
Ап=mgh; Aз=Pt
n=mgh/Pt=> t=mgh/Pn
t=2000кг*10м/c^2*40v/10000Вт*0,8=100с
ответ:100с
Надеюсь так