مثال على محرك كارنو – محرك حراري مثالي (تطبيق القانون الثاني للديناميكا الحرارية)

16 مثالاً على محركات كارنو - محركات حرارية مثالية (تطبيق القانون الثاني للديناميكا الحرارية)

١. انظر إلى الرسم البياني للضغط والحجم لمحرك كارنو على الجانب! إذا كانت الحرارة الممتصة (Q1 ₎ = ١٠٠٠٠ جول، فإن مقدار الشغل المبذول بواسطة محرك كارنو هو...

أ. 1.500 جول

ب. 4.000 ي

ج. 5.000 جول

د. 6.000 جول

هـ. 8.000 جول

مناقشة

من المعروف أن :

درجة الحرارة المنخفضة (T2 ₎ = 400 كلفن

درجة الحرارة العالية (T ₁ ) = 800 كلفن

الحرارة الممتصة (Q ₁ ) = 10.000 جول

مطلوب : أعمال من إنتاج محرك كارنو (W)

إجابة :

كفاءة محرك حراري مثالي (محرك كارنو):

العمل الذي يقوم به محرك كارنو:

W = e Q ₁

الشغل = (1/2)(10.000) = 5000 جول

الإجابة الصحيحة هي ج.

٢. انظر إلى الصورة الجانبية! مقدار العمل الذي يقوم به المحرك في دورة واحدة هو...

أ. 300 جول

ب. 400 ي

ج. 500 جول

د. 600 جول

هـ. 700 جول

مناقشة

من المعروف أن:

درجة الحرارة المنخفضة (TL ₎ = 400 كلفن

درجة الحرارة العالية (TH ₎ = 600 كلفن

الحرارة الممتصة (Q ₁ ) = 600 جول

مطلوب : أعمال من إنتاج محرك كارنو (W)

الجواب:

كفاءة محرك حراري مثالي (محرك كارنو):

العمل الذي يقوم به محرك كارنو:

W = e Q ₁

الشغل = (1/3)(600) = 200 جول

الإجابة الصحيحة هي هـ.

3. انظر إلى الرسم البياني لدورة كارنو ABCDA أدناه! بناءً على البيانات الواردة في الرسم البياني، فإن كفاءة محرك كارنو هي...

أ. 10%

ب. 20%

ج. 25%

د. 30%

هـ. 35%

مناقشة

من المعروف أن :

درجة الحرارة المنخفضة (TL ₎ = 350 كلفن

درجة الحرارة العالية (TH ₎ = 500 كلفن

السؤال : كفاءة محرك كارنو (e)

إجابة :

كفاءة محرك كارنو:

e = (TH _– TH ₎ / _TH

هـ = (500 – 350) / 500

هـ = 150 / 500

هـ = 0,3

هـ = 30/100 = 30%

الإجابة الصحيحة هي د.

4. في الرسم البياني التالي لضغط وحجم محرك كارنو، تبلغ درجة حرارة الخزان ذي درجة الحرارة العالية 600 كلفن، بينما تبلغ درجة الحرارة المنخفضة 400 كلفن. إذا كان الشغل المبذول من المحرك W، فإن كمية الحرارة المنبعثة عند درجة الحرارة المنخفضة هي...

أ.و

ب. 2 غرب

ج. 3 واط

د. 4 غرب

شرق 6 غرب

مناقشة

من المعروف أن :

درجة الحرارة المنخفضة (TL ₎ = 400 كلفن

درجة الحرارة العالية (TH ₎ = 600 كلفن

السؤال : الحرارة المنبعثة عند درجة حرارة منخفضة (Q ₂ )

إجابة :

كفاءة محرك كارنو :

e = (TH _– TH ₎ / _TH

هـ = (600 – 400) / 600

هـ = 200 / 600

e = 1/3

العمل الذي يقوم به محرك كارنو :

W = e Q ₁

الوصف: W = العمل الذي تقوم به الآلة، e = كفاءة الآلة، Q ₁ = الحرارة التي تمتصها الآلة.

W = (1/3)(Q ₁ )

3 واط = س ₁

الحرارة المنبعثة عند درجات الحرارة المنخفضة :

س ₂ = س ₁ – و

س _٢ = ٣و – و

Q ₂ = 2W

الإجابة الصحيحة هي ب.

5. يبدو منحنى الضغط-الحجم لدورة كارنو كما في الشكل التالي. إذا تم إطلاق 3.000 جول من الحرارة إلى المحيط، فإن الحرارة التي يمتصها النظام هي...

أ. 3.000 جول

ب. 4.000 ي

ج. 4.800 جول

د. 6.000 جول

هـ. 8.000 جول

مناقشة

من المعروف أن :

درجة الحرارة المنخفضة (TL ₎ = 500 كلفن

درجة الحرارة العالية (TH ₎ = 800 كلفن

الحرارة المنطلقة (Q ₂ ) = 3000 جول

السؤال : كمية الحرارة التي يمتصها النظام (Q ₁ )

إجابة :

كفاءة محرك كارنو :

e = (TH _– TH ₎ / _TH

e = (800 – 500) /8600

هـ = 300 / 800

e = 3/8

العمل الذي يقوم به محرك كارنو :

W = e Q ₁

W = (3/8)(Q ₁ )

8 واط / 3 = Q ₁

س ₂ = س ₁ – و

س _٢ = ٨ واط/٣ - ٣ واط/٣

Q ₂ = 5 واط / 3

3Q ₂ = 5W

ث = ₃ س 2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

الحرارة التي يمتصها النظام :

Q1 = W + Q2 ₌ 1800 + 3000 = 4800 _جول

الإجابة الصحيحة هي ج.

6. محرك كارنو يستقبل الحرارة من خزان حراري ذي درجة حرارة عالية تبلغ 800 كلفن، وكفاءته 50%. لتحقيق كفاءة 80% مع الحفاظ على درجة حرارة الخزان المنخفضة، يجب تحويل الخزان الحراري ذي درجة الحرارة العالية إلى ...

أ. 1.600 ألف

ب. 2.000 ألف

ج. 2.400 كلفن

د. 4.000 كلفن

هـ. 6.400 كلفن

مناقشة

من المعروف أن:

إذا كانت درجة الحرارة العالية (TH ₎ = 800 كلفن، فإن الكفاءة (e) = 50% = 0,5

السؤال: ما هي أعلى درجة حرارة (TH ₎ بحيث تكون الكفاءة (e) = 80% = 0,8

الجواب:

درجة الحرارة المنخفضة = 400 كلفن

ما هي درجة الحرارة العالية (TH ₎ التي تجعل الكفاءة (e) تساوي 80%؟

درجة الحرارة العالية = 2.000 كلفن

الإجابة الصحيحة هي ب.

7. محرك كارنو يعمل على خزان حراري ذي درجة حرارة عالية تبلغ 600 كلفن، وكفاءته 40%. لتحقيق كفاءة 75% مع بقاء الخزان الحراري ذي درجة الحرارة المنخفضة ثابتًا، يجب زيادة درجة حرارة الخزان الحراري ذي درجة الحرارة العالية إلى...

أ. 480 ألف

ب. 840 ألف

ج. 900 كلفن

د. 1028 كلفن

هـ. 1440 كلفن

مناقشة

من المعروف أن:

إذا كانت درجة الحرارة العالية (TH ₎ = 600 كلفن، فإن الكفاءة (e) = 40% = 0,4

السؤال: ما هي أعلى درجة حرارة (TH ₎ بحيث تكون الكفاءة (e) = 75% = 0,75

الجواب:

درجة الحرارة المنخفضة = 360 كلفن

ما هي درجة الحرارة العالية (TH ₎ التي تجعل الكفاءة (e) تساوي 75%؟

درجة الحرارة العالية = 1440 كلفن

الإجابة الصحيحة هي هـ.

8. محرك كارنو يستقبل الحرارة من خزان حراري ذي درجة حرارة عالية تبلغ 800 كلفن، وكفاءته 50%. لتحقيق كفاءة 80% مع الحفاظ على درجة حرارة الخزان المنخفضة، يجب تحويل الخزان الحراري ذي درجة الحرارة العالية إلى...

أ. 1.600 ألف
ب. 2.000 ألف
ج. 2.400 كلفن
د. 4.000 كلفن
هـ. 6.400 كلفن

مناقشة
من المعروف أن:
إذا كانت درجة الحرارة العالية (TH) = 800 كلفن، فإن الكفاءة (e) = 50% = 0,5
السؤال: ما هي أعلى درجة حرارة (TH) بحيث تكون الكفاءة (e) = 80% = 0,8
الجواب:
درجة الحرارة المنخفضة = 400 كلفن

ما هي درجة الحرارة العالية (TH) التي تجعل الكفاءة (e) تساوي 80%؟
درجة الحرارة العالية = 2.000 كلفن
الإجابة الصحيحة هي ب.

9. محرك كارنو يعمل على خزان حراري ذي درجة حرارة عالية تبلغ 600 كلفن، وكفاءته 40%. لتحقيق كفاءة 75% مع بقاء الخزان الحراري ذي درجة الحرارة المنخفضة ثابتًا، يجب زيادة درجة حرارة الخزان الحراري ذي درجة الحرارة العالية إلى...

أ. 480 ألف
ب. 840 ألف
ج. 900 كلفن
د. 1028 كلفن
هـ. 1440 كلفن

مناقشة
من المعروف أن:
إذا كانت درجة الحرارة العالية (TH) = 600 كلفن، فإن الكفاءة (e) = 40% = 0,4
السؤال: ما هي أعلى درجة حرارة (TH) بحيث تكون الكفاءة (e) = 75% = 0,75
الجواب:
درجة الحرارة المنخفضة = 360 كلفن

ما هي درجة الحرارة العالية (TH) التي تجعل الكفاءة (e) تساوي 75%؟
درجة الحرارة العالية = 1440 كلفن
الإجابة الصحيحة هي هـ.

10. كفاءة محرك كارنو الذي يمتص الحرارة عند درجة حرارة 1200 كلفن ويطرد الحرارة عند درجة حرارة 300 كلفن هي...

مناقشة
معروف :
درجة حرارة عالية (T_H) = 1200 ك
درجة حرارة منخفضة (T_L) = 300 ك
سأل كفاءة محرك كارنو (e)
جواب :
11. يعمل محرك كارنو في دورة بين 727^o127 من ج^oج. يمتص المحرك 6000 جول من الحرارة من خزان حراري ذي درجة حرارة عالية. كفاءة المحرك والشغل الذي ينجزه في دورة واحدة هما...

مناقشة
معروف :
درجة حرارة عالية (T_H) = 727^oج + ٢٧٣ = ٢٩٣ كلفن
درجة حرارة منخفضة (T_L) = 127^oج + ٢٧٣ = ٢٩٣ كلفن
الحرارة الممتصة (Q)_H) = 6000 جول
سأل الكفاءة (e) والشغل (W) الذي يقوم به المحرك في دورة واحدة
جواب :
كفاءة محرك كارنو :
العمل الذي يقوم به محرك كارنو :
W = e Q_H
W = (0,6)(6000)
W = 3600 جول

12. يعمل محرك كارنو بين خزان ذي درجة حرارة عالية تبلغ 527^oخزان ذو درجة حرارة منخفضة C 127^oج. يمتص محرك كارنو 10.000 جول من الحرارة من خزان ساخن. كمية الحرارة المنبعثة من المحرك في كل دورة هي...
مناقشة
معروف :
درجة حرارة عالية (T_H) = 527^oج + ٢٧٣ = ٢٩٣ كلفن
درجة حرارة منخفضة (T_L) = 127^oج + ٢٧٣ = ٢٩٣ كلفن
الحرارة الممتصة (Q)_H) = 10.000 جول
سأل الحرارة المنبعثة من المحرك لكل دورة
جواب :
كفاءة محرك حراري مثالي (محرك كارنو):
العمل الذي يقوم به محرك كارنو:
W = e Q₁
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 جول
الحرارة المنبعثة من المحرك لكل دورة (Q)_L) = الحرارة الممتصة (Q_H) – العمل المنجز (W)
Q_L = س_H - ث
Q_L = 10.000 - 5000
Q_L = 5000 جول
الحرارة التي يبددها المحرك في كل دورة = 5000 جول

13. حدد كفاءة محرك كارنو والعمل المنجز في دورة واحدة بناءً على الرسم البياني أدناه...
مناقشة

معروف :
درجة حرارة عالية (T_H) = 800 ك
درجة حرارة منخفضة (T_L) = 300 ك
الحرارة الممتصة (Q)_H) = 1000 جول
سأل الكفاءة (e) والشغل (W) الذي يقوم به محرك كارنو
جواب :
كفاءة محرك كارنو :
العمل الذي يقوم به محرك كارنو :
W = e Q_H
W = (0,625)(1000)
W = 625 جول

14. انظر إلى الرسم البياني لدورة كارنو ABCDA أدناه!
استنادًا إلى البيانات الواردة في الرسم البياني، فإن كفاءة محرك كارنو هي...

أ. 10%
ب. 20%
ج. 25%
د. 30%
هـ. 35%

مناقشة
معروف :
سوهو منخفض (T)_L) = 350 ك
درجة حرارة عالية (T_H) = 500 ك
سأل كفاءة محرك كارنو (e)
جواب :

كفاءة محرك كارنو:
e = (T_H - تي_L) / ت_H
هـ = (500 – 350) / 500
هـ = 150 / 500
هـ = 0,3
هـ = 30/100 = 30%
الإجابة الصحيحة هي د.

15. في الرسم البياني التالي لـ PV لمحرك كارنو، تبلغ درجة حرارة الخزان ذي درجة الحرارة العالية 600 كلفن، بينما تبلغ درجة الحرارة المنخفضة 400 كلفن. إذا أوساها الطاقة التي يبذلها المحرك هي W، ثم الحرارة المنبعثة عند درجة حرارة منخفضة هي...

أ.و
ب. 2 غرب
ج. 3 واط
د. 4 غرب
شرق 6 غرب

مناقشة
معروف :
درجة حرارة منخفضة (T_L) = 400 ك
درجة حرارة عالية (T_H) = 600 ك
سأل الحرارة المنبعثة عند درجات الحرارة المنخفضة (Q)₂)
جواب :
كفاءة محرك كارنو :
e = (T_H - تي_L) / ت_H
هـ = (600 – 400) / 600
هـ = 200 / 600
e = 1/3
العمل الذي يقوم به محرك كارنو :
W = e Q₁
الوصف: W = الشغل المنجز بواسطة الآلة، e = كفاءة الآلة، Q₁ = الحرارة التي تمتصها الآلة.
W = (1/3)(Q₁)
3 واط = Q₁
Kيتم إطلاق مادة ألور في درجات حرارة منخفضة :
Q₂ = س₁ - ث
Q₂ = 3W– W
Q₂ = 2W
الإجابة الصحيحة هي ب.

16. يبدو الرسم البياني للضغط والحجم لدورة كارنو كما في الشكل التالي. إذا سعرات حرارية والتي تُطلق في البيئة 3.000 جول، ثم تكون الحرارة التي يمتصها النظام هي...
أ. 3.000 جول
ب. 4.000 ي
ج. 4.800 جول
د. 6.000 جول
هـ. 8.000 جول
مناقشة
معروف :
درجة حرارة منخفضة (T_L) = 500 ك
درجة حرارة عالية (T_H) = 800 ك
الحرارة المنبعثة (Q)₂) = 3000 جول
سأل الحرارة التي يمتصها النظام (Q)₁)
جواب :
كفاءة محرك كارنو :
e = (T_H - تي_L) / ت_H
e = (800 – 500) /8600
هـ = 300 / 800
e = 3/8
العمل الذي يقوم به محرك كارنو :
W = e Q₁
W = (3/8)(Q₁)
8 واط / 3 = Q₁
 
Q₂ = س₁ - ث
Q₂ = 8 واط/3 – 3 واط/3
Q₂ = 5 واط/3
3Q₂ = 5W
W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Kألور يمتصها النظام :
Q₁ = و + س₂ = 1800 + 3000 = 4800 جول
الإجابة الصحيحة هي ج.

مصدر السؤال:

أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية العليا/المهنية