Пример за двигател на Карно – идеален топлинен двигател (приложение на втория закон на термодинамиката)

16 примера за двигатели на Карно – идеални топлинни двигатели (приложение на втория закон на термодинамиката)

1. Вижте P-V графиката на двигателя на Карно отстрани! Ако абсорбираната топлина (Q₁) = 10 000 джаула, тогава количеството усилие какво прави машината Карно е…

А. 1.500 Й

Б. 4.000 Й

Около 14 400 Дж

D. 52 800 J

E. 8.000 J

Дискусия

Известно е :

Ниска температура (T₂) = 400 К

Висока температура (T₁) = 800 К

Абсорбирана топлина (Q₁) = 10.000 джаула

Попитан Работа, произведена от двигателя на Карно (W)

Джаваб :

Коефициент на полезно действие на идеална топлинна машина (двигател на Карно):

Работа, извършена от двигателя на Карно:

W = e Q₁

W = (1/2)(10 000) = 5000 джаула

Верният отговор е C.

2. Вижте снимката отстрани! Количеството работа, извършена от машината за един цикъл, е…

А. 300 Й

Б. 400 Й

Около 14 400 Дж

D. 52 800 J

E. 700 J

Дискусия

Известно е, че:

Ниска температура (T_L) = 400 К

Висока температура (T_H) = 600 К

Абсорбирана топлина (Q₁) = 600 джаула

Попитан Работа, произведена от двигателя на Карно (W)

Отговор:

Коефициент на полезно действие на идеална топлинна машина (двигател на Карно):

Работа, извършена от двигателя на Карно:

W = e Q₁

W = (1/3)(10 000) = 200 джаула

Верният отговор е Е.

3. Вижте графиката на цикъла на Карно ABCDA по-долу! Въз основа на данните в графиката, ефективността на двигателя на Карно е…

А. 10%

Б. 20%

C. 25%

Г. 30%

Д. 35%

Дискусия

Известно е :

Ниска температура (T_L) = 350 К

Висока температура (T_H) = 500 К

Попитан КПД на двигателя на Карно (e)

Джаваб :

КПД на двигателя на Карно:

e = (T_H - T_L) / Т_H

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

е = 0,3

e = 30/100 = 30%

Верният отговор е Д.

4. В следната PV графика на двигателя на Карно, резервоарът с висока температура е 600 K, а резервоарът с ниска температура е 400 K. Ако работата, извършена от двигателя, е W, тогава топлината, отделена при ниска температура, е...

А. У.

Б. 2 П

C. 3 W

Д. 4 З

И. 6 З.

Дискусия

Известно е :

Ниска температура (T_L) = 400 К

Висока температура (T_H) = 600 К

Попитан Топлина, отделена при ниски температури (Q₂)

Джаваб :

КПД на двигателя на Карно :

e = (T_H - T_L) / Т_H

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Работа, извършена от двигател на Карно :

W = e Q₁

Описание: W = работа, извършена от машината, e = КПД на машината, Q₁ = топлина, абсорбирана от машината.

W = (1/3)(Q)₁)

3W = Q₁

Топлина, отделена при ниски температури :

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = 3W – W

Q₂ = 2W

Верният отговор е Б.

5. PV графиката на цикъл на Карно изглежда като следната фигура. Ако 3.000 джаула топлина се освободят в околната среда, тогава топлината, абсорбирана от системата, е…

А. 3.000 Й

Б. 4.000 Й

Около 14 400 Дж

D. 52 800 J

E. 8.000 J

Дискусия

Известно е :

Ниска температура (T_L) = 500 К

Висока температура (T_H) = 800 К

Освободена топлина (Q₂) = 3000 джаула

Попитан Топлина, абсорбирана от системата (Q₁)

Джаваб :

КПД на двигателя на Карно :

e = (T_H - T_L) / Т_H

e = (800 – 500) /8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Работа, извършена от двигател на Карно :

W = e Q₁

W = (3/8)(Q)₁)

8W/3 = Q₁

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = 8W/3 – 3W/3

Q₂ = 5W/3

3Q₂ = 5W

W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

Топлина, абсорбирана от системата :

Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 джаула

Верният отговор е C.

6. Двигателят на Карно получава топлина от резервоар с висока температура 800 K и има ефективност от 50%. За да се постигне ефективност от 80%, като същевременно се поддържа ниска температура на резервоара, резервоарът с висока температура трябва да бъде преобразуван в….

A. 1.600 хиляди

Б. 2.000 хил.

Около 2.400 хиляди години

Г. 4.000 хил.

E. 6.400 K

Дискусия

Известно е, че:

Ако температурата е висока (T_H) = 800 K, ефективност (e) = 50% = 0,5

Попитано: Каква е най-високата температура (T_H), така че ефективността (e) = 80% = 0,8

Отговор:

Ниска температура = 400 Келвина

Каква е най-високата температура (T_H), така че ефективността (e) = 80%?

Висока температура = 2.000 Келвина

Верният отговор е Б.

7. Двигател на Карно, работещ с резервоар за висока температура при 600 K, има КПД от 40%. За да се постигне 75% КПД с константа на резервоара за ниска температура, резервоарът за висока температура трябва да се увеличи до….

A. 480 хиляди

Б. 840 хил.

Около 900 хиляди години

Г. 1028 хил.

E. 1440 K

Дискусия

Известно е, че:

Ако температурата е висока (T_H) = 600 K, ефективност (e) = 40% = 0,4

Попитано: Каква е най-високата температура (T_H), така че ефективността (e) = 75% = 0,75

Отговор:

Ниска температура = 360 Келвина

Каква е най-високата температура (T_H), така че ефективността (e) = 75%?

Висока температура = 1440 Келвина

Верният отговор е Е.

8. Двигател на Карно получава топлина от резервоар с висока температура при 800 K и има ефективност от 50%. За да се постигне ефективност от 80%, като същевременно се поддържа ниска температура на резервоара, резервоарът с висока температура трябва да бъде преобразуван в….

A. 1.600 хиляди
Б. 2.000 хил.
Около 2.400 хиляди години
Г. 4.000 хил.
E. 6.400 K

Дискусия
Известно е, че:
Ако високата температура (TH) = 800 K, ефективността (e) = 50% = 0,5
Въпрос: Каква е най-високата температура (TH), така че ефективността (e) = 80% = 0,8
Отговор:
Ниска температура = 400 Келвина

Каква е най-високата температура (TH), така че ефективността (e) да е 80%?
Висока температура = 2.000 Келвина
Верният отговор е Б.

9. Двигател на Карно, работещ с резервоар с висока температура при 600 K, има КПД от 40%. За да се постигне КПД от 75% при постоянен резервоар с ниска температура, резервоарът с висока температура трябва да се увеличи до….

A. 480 хиляди
Б. 840 хил.
Около 900 хиляди години
Г. 1028 хил.
E. 1440 K

Дискусия
Известно е, че:
Ако високата температура (TH) = 600 K, ефективността (e) = 40% = 0,4
Въпрос: Каква е най-високата температура (TH), така че ефективността (e) = 75% = 0,75
Отговор:
Ниска температура = 360 Келвина

Каква е най-високата температура (TH), така че ефективността (e) да е 75%?
Висока температура = 1440 Келвина
Верният отговор е Е.

10. Коефициентът на полезно действие на двигател на Карно, който абсорбира топлина при температура 1200 Келвина и отдава топлина при температура 300 Келвина, е…

Дискусия
Известно е :
Висока температура (T_H) = 1200 К
Ниска температура (T_L) = 300 К
Попитан КПД на двигателя на Карно (e)
Джаваб :
11. Двигателят на Карно работи в цикъл между 727^oC и 127^oC. Двигателят абсорбира 6000 джаула топлина от резервоар с висока температура. Коефициентът на полезно действие на двигателя и работата, извършена от двигателя за един цикъл, са…

Дискусия
Известно е :
Висока температура (T_H) = 727^oC + 273 = 1000 K
Ниска температура (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Абсорбирана топлина (Q_H) = 6000 джаула
Попитан : Коефициент на полезно действие (e) и работа (W), извършена от двигателя за един цикъл
Джаваб :
КПД на двигателя на Карно :
Работа, извършена от двигател на Карно :
W = e Q_H
W = (0,6)(6000)
W = 3600 джаула

12. Двигателят на Карно работи между резервоар с висока температура от 527^oC и резервоар с ниска температура 127^oC. Двигателят на Карно абсорбира 10 000 джаула топлина от горещ резервоар. Количеството топлина, отдадено от двигателя във всеки цикъл, е…
Дискусия
Известно е :
Висока температура (T_H) = 527^oC + 273 = 800 K
Ниска температура (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Абсорбирана топлина (Q_H) = 10.000 джаула
Попитан Топлина, отдадена от двигателя за един цикъл
Джаваб :
Коефициент на полезно действие на идеална топлинна машина (двигател на Карно):
Работа, извършена от двигателя на Карно:
W = e Q₁
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 джаула
Топлината, отделена от двигателя за един цикъл (Q_L) = абсорбирана топлина (Q_H) – извършена работа (W)
Q_L = Q_H - W
Q_L = 10.000 - 5000
Q_L = 2 376 000 джаула
Топлина, разсейвана от двигателя за цикъл = 5000 джаула

13. Определете ефективността и работата, извършена от двигателя на Карно за един цикъл, въз основа на графиката по-долу...
Дискусия

Известно е :
Висока температура (T_H) = 800 К
Ниска температура (T_L) = 300 К
Абсорбирана топлина (Q_H) = 1000 джаула
Попитан : Коефициент на полезно действие (e) и работа (W), извършени от двигателя на Карно
Джаваб :
КПД на двигателя на Карно :
Работа, извършена от двигател на Карно :
W = e Q_H
W = (0,625)(1000)
W = 625 джаула

14. Вижте графиката на цикъла на Карно ABCDA по-долу!
Въз основа на данните в графиката, ефективността на двигателя на Карно е…

А. 10%
Б. 20%
C. 25%
Г. 30%
Д. 35%

Дискусия
Известно е :
Суху ниско (Т_L) = 350 К
Висока температура (T_H) = 500 К
Попитан КПД на двигателя на Карно (e)
Джаваб :

КПД на двигателя на Карно:
e = (T_H - T_L) / Т_H
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
е = 0,3
e = 30/100 = 30%
Верният отговор е Д.

15. В следната PV графика на двигателя на Карно, резервоарът с висока температура е 600 K, а резервоарът с ниска температура е 400 K. Ако усилие извършена от двигателя е W, тогава топлината, отделена при ниска температура, е...

А. У.
Б. 2 П
C. 3 W
Д. 4 З
И. 6 З.

Дискусия
Известно е :
Ниска температура (T_L) = 400 К
Висока температура (T_H) = 600 К
Попитан Топлина, отделена при ниски температури (Q₂)
Джаваб :
КПД на двигателя на Карно :
e = (T_H - T_L) / Т_H
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Работа, извършена от двигател на Карно :
W = e Q₁
Описание: W = работа, извършена от машината, e = КПД на машината, Q₁ = топлина, абсорбирана от машината.
W = (1/3)(Q)₁)
3W = Q₁
KАлор се освобождава при ниски температури :
Q₂ = Q₁ - W
Q₂ = 3W– W
Q₂ = 2W
Верният отговор е Б.

16. Графиката на PV на цикъл на Карно изглежда като следната фигура. Ако топлина която се отделя в околната среда 3.000 джаула, тогава топлината, абсорбирана от системата, е…
А. 3.000 Й
Б. 4.000 Й
Около 14 400 Дж
D. 52 800 J
E. 8.000 J
Дискусия
Известно е :
Ниска температура (T_L) = 500 К
Висока температура (T_H) = 800 К
Освободена топлина (Q₂) = 3000 джаула
Попитан Топлина, абсорбирана от системата (Q₁)
Джаваб :
КПД на двигателя на Карно :
e = (T_H - T_L) / Т_H
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Работа, извършена от двигател на Карно :
W = e Q₁
W = (3/8)(Q)₁)
8W/3 = Q₁
 
Q₂ = Q₁ - W
Q₂ = 8W/3 – 3W/3
Q₂ = 5W/3
3Q₂ = 5W
W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
KАлор абсорбирани от системата :
Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 джаула
Верният отговор е C.

Източник на въпроса:

Въпроси по физика за националния изпит за гимназия/професионална гимназия