Voorbeeld van 'n hitte-enjin (toepassing van die tweede wet van termodinamika)

9 Voorbeelde van hitte-enjinprobleme (toepassing van die tweede wet van termodinamika)

1. In een siklus absorbeer 'n enjin 3000 Joule hitte uit 'n hoëtemperatuurreservoir en verwerp 1000 Joule hitte na 'n laetemperatuurreservoir. Bepaal die doeltreffendheid van die hitte-enjin!

Bespreking
Hitte-enjin Die term "carnot" in die vrae op hierdie bladsy is nie dieselfde as die Carnot-enjin nie. 'n Carnot-enjin is 'n ideale hitte-enjin en bestaan ​​slegs teoreties. In teenstelling hiermee is die hitte-enjin waarna in hierdie vraag verwys word 'n werklike hitte-enjin, nie 'n teoretiese hitte-enjin (die Carnot-enjin) nie.
Is bekend :
Hitte geabsorbeer (Q_H) = 3000 Joule
Hitte vrygestel (Q_L) = 1000 Joule
Arbeid geproduseer deur die masjien (W) = 3000 – 1000 = 2000 Joule
Gevra Doeltreffendheid van hitte-enjin (e)
Jawab :

2. 'n Hitte-enjin produseer 2000 Joule werk en verwerp 500 Joule hitte in een siklus. Die doeltreffendheid van die enjin is…

Bespreking
Is bekend :
Werk wat deur die masjien geproduseer word (W) = 2000 Joules
Hitte vrygestel (Q_L) = 5000 Joule
Hitte geabsorbeer (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 Joule
Gevra Doeltreffendheid van hitte-enjin (e)
Jawab :

3. 'n Motorenjin het 'n doeltreffendheid van 30%. As die enjin 10 000 Joule werk per siklus produseer, hoeveel hitte word deur die enjin per siklus afgeweer?
Bespreking
Is bekend :
Doeltreffendheid (e) = 30% = 30/100 = 0,3
Werk wat deur die masjien geproduseer word (W) = 3000 Joules
Gevra Die hitte wat deur die enjin elke siklus versprei word (Q_L)
Jawab :
Bereken die geabsorbeerde hitte (Q_H) met behulp van die doeltreffendheidsformule (e) van 'n hitte-enjin:
Hitte versprei per siklus (Q_L) = hitte geabsorbeer (Q_H) – werk gegenereer (W)
Q_L = 10.000 Joule – 3000 Joule
Q_L = 7000 Joule

Doeltreffendheid van hitte-enjins, Carnot-enjins

4. 'n Hitte-enjin absorbeer 3 000 Joule hitte van 'n hoëtemperatuurreservoir en verwerp 2 400 Joule na 'n laetemperatuurreservoir. Die doeltreffendheid van die enjin is ….
A. 10%
B. 15%
C. 20%
D. 30%
E. 40%
Bespreking:
Is bekend :
Q_H = 3000 Joule, Q_L = 2400 Joule.
Gevra :
Doeltreffendheid (e) van 'n hitte-enjin?
Jawab :
Die korrekte antwoord is C.

5. 'n Carnot-enjin het 'n hoëtemperatuurreservoir van 300 ^oC en laetemperatuurreservoir 80 ^oC. Die doeltreffendheid van die masjien is…
A. 38%
B. 45%
C. 50%
D. 58%
E. 67%
Bespreking:
Is bekend :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
As die temperatuur in Celsius-eenhede bekend is, moet dit na Kelvin-eenhede omgeskakel word (Kelvin is die Internasionale Stelsel van eenhede vir temperatuur).
Gevra :
Doeltreffendheid (e) van 'n Carnot-enjin?
Jawab :

Die korrekte antwoord is A.

6. Die hoë temperatuur van die Carnot-enjinreservoir is 600 K en die doeltreffendheid daarvan is 60%. Om 70% doeltreffendheid te bereik, moet die hoë temperatuur van die Carnot-enjinreservoir... wees.
A. 500 K
B. 800 K
Ongeveer 1000 K
D. 1200 K
Oos 1500 K
Bespreking:
Is bekend :
Data 1: T_H = 600 K, e = 60%
Data 2: T_H = …. K?, e = 70%
Gevra :
Hoë temperatuur (T_H)
Jawab :
Gebruik data 1 om die lae temperatuur (T) te bereken_L).
Gebruik T_L en data 2 om hoë temperatuur (T) te bereken_H):
Om 70% doeltreffendheid te bereik, is die hoë temperatuur = 800 Kelvin.
Die korrekte antwoord is B.

7. Kyk na die PV-grafiek van die Carnot-enjin hieronder. As W = 5000 Joules, dan is die hoeveelheid hitte wat deur die enjin per siklus vrygestel word...
A. 2.315 Joule
B. 3.475 Joule
C. 3.750 Joule
D. 5.000 Joule
E. 5.600 Joule

Bespreking:
Is bekend :
W = 5000 Joule
T_H = 780 K
T_L = 320 K
Gevra :
Q₂ ?
Jawab :
Carnot-enjindoeltreffendheid:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
Slegs 59% van die hitte word gebruik om werk te verrig. Gebruik hierdie data om die hitte wat deur die Carnot-enjin geabsorbeer word (Q) te bereken.₁).
(0,59)(Q₁) = 5000 Joule
Q₁ = 5000 Joule/0,59 = 8475 Joule
Die hoeveelheid hitte wat deur die enjin geabsorbeer word, is 8475 Joule.
Die hoeveelheid hitte wat deur die enjin per siklus vrygestel word:
W = Q₁ - V₂
5000 Joule = 8475 Joule – Q₂
Q₂ = 8475 Joule – 5000 Joule
Q₂ = 3475 Joule
Die korrekte antwoord is B.

8. Kyk na die PV-diagram van die Carnot-enjin hieronder! As die hitte wat geabsorbeer word (Q₁) = 8000 Joule dan is die werk wat deur die Carnot-enjin verrig word…
A. 1640 J
B. 4720 J
C. 5640 J
D. 6270 J
O. 8840 J

Bespreking:
Is bekend :
Q₁ = 8000 J
T_H = 820 K
T_L = 380 K
Gevra :
W ?
Jawab :
Carnot-enjindoeltreffendheid:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
Slegs 54% van die hitte word gebruik om werk te verrig. Gebruik hierdie data om die werk wat deur die Carnot-enjin verrig word (W) te bereken.
(0,59)(8000) = 4720 Joule
Die werk wat deur die Carnot-enjin verrig word, is 4720 Joule.
Die korrekte antwoord is B.

9. 'n Carnot-enjin werk tussen 'n hittereservoir van 520 ^oC en koue reservoir 110 ^oC. As die masjien 3000 Joule hitte uit die warm reservoir absorbeer, dan is die hoeveelheid hitte wat deur die masjien afgeweer word...
A. 2 250 joule
B. 800 joule
C. 1000 minute
D. 1200 joule
E. 1440 joule
Bespreking:
Is bekend :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000 J
Gevra :
Q₂ = … ?
Jawab :
Carnot-enjindoeltreffendheid:
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Gebruik hierdie data om die werk wat deur die enjin verrig word (W) te bereken.
(0,52)(3000) = 1560 Joule
Die arbeid wat deur die masjien verrig word, is 1560 Joule.
Die hoeveelheid hitte wat deur die enjin vrygestel word:
Q₂ = 3000 Joule – 1560 Joule
Q₂ = 1440 Joule
Die hitte wat deur die enjin vrygestel word, is 1440 Joule.