Primjer toplotnog motora (primjena drugog zakona termodinamike)

9 primjera problema s toplinskim motorima (primjena drugog zakona termodinamike)

1. U jednom ciklusu, motor apsorbira 3000 džula toplote iz rezervoara visoke temperature i oda 1000 džula toplote rezervoaru niske temperature. Odredite stepen korisnosti toplotnog motora!

Diskusija
Toplotni motor Termin "carnot" u pitanjima na ovoj stranici nije isti kao Carnot motor. Carnot motor je idealan toplotni motor i postoji samo teoretski. Nasuprot tome, toplotni motor o kojem se govori u ovom pitanju je stvarni toplotni motor, a ne teorijski toplotni motor (Carnot motor).
Poznato je :
Apsorbirana toplota (Q_H) = 3000 džula
Oslobođena toplota (Q_L) = 1000 džula
Rad koji mašina izvrši (W) = 3000 – 1000 = 2000 Džula
Pitao Stepen korisnosti toplotnog motora (e)
Jawab :

2. Toplotna mašina proizvodi 2000 Džula rada i odbija 500 Džula toplote u jednom ciklusu. Stepen korisnosti motora je…

Diskusija
Poznato je :
Rad koji mašina proizvede (W) = 2000 Džula
Oslobođena toplota (Q_L) = 5000 džula
Apsorbirana toplota (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 Džula
Pitao Stepen korisnosti toplotnog motora (e)
Jawab :

3. Motor automobila ima stepen korisnosti od 30%. Ako motor proizvede 10.000 džula rada po ciklusu, koliko toplote motor odvede po ciklusu?
Diskusija
Poznato je :
Koeficijent korisnosti (e) = 30% = 30/100 = 0,3
Rad koji mašina proizvede (W) = 3000 Džula
Pitao Toplota koju motor rasipa u svakom ciklusu (Q_L)
Jawab :
Izračunajte apsorbovanu toplotu (Q_H) koristeći formulu za efikasnost (e) toplotnog motora:
Toplota raspršena po ciklusu (Q_L) = apsorbirana toplina (Q_H) – ostvareni rad (W)
Q_L = 10.000 džula – 3000 džula
Q_L = 7000 džula

Korisnost toplotnih motora, Carnotovi motori

4. Toplotna mašina apsorbuje 3.000 Džula toplote iz rezervoara visoke temperature i odaje 2.400 Džula rezervoaru niske temperature. Stepen korisnosti motora je ...
A. 10%
B. 15%
C. 20%
D. 30%
E. 40%
Diskusija:
Poznato je :
Q_H = 3000 Džula, Q_L = 2400 džula.
Pitao :
Koeficijent korisnosti (e) toplotnog motora?
Jawab :
Tačan odgovor je C.

5. Carnotov motor ima visokotemperaturni rezervoar od 300 ^oC i rezervoar niske temperature 80 ^oC. Efikasnost mašine je…
A. 38%
B. 45%
C. 50%
D. 58%
E. 67%
Diskusija:
Poznato je :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
Ako je temperatura poznata u Celzijusovim jedinicama, mora se pretvoriti u Kelvinove jedinice (Kelvin je Međunarodni sistem jedinica za temperaturu).
Pitao :
Koeficijent korisnosti (e) Carnotovog motora?
Jawab :

Tačan odgovor je A.

6. Najviša temperatura rezervoara Carnot motora je 600 K, a njegova efikasnost je 60%. Da bi se postigla efikasnost od 70%, visoka temperatura rezervoara Carnot motora mora biti...
A. 500 hiljada
B. 800 hiljada
Oko 1000.
D. 1200 K
E. 1500 K
Diskusija:
Poznato je :
Podaci 1: T_H = 600 K, e = 60%
Podaci 2: T_H = ….K ?, e = 70 %
Pitao :
Visoka temperatura (T_H)
Jawab :
Koristite podatke 1 za izračunavanje najniže temperature (T_L).
Koristite T_L i podatke 2 za izračunavanje visoke temperature (T_H):
Da bi se postigla efikasnost od 70%, visoka temperatura = 800 Kelvina.
Tačan odgovor je B.

7. Pogledajte PV grafik Carnotovog motora ispod. Ako je W = 5000 Džula, onda je količina toplote koju motor oslobodi po ciklusu...
A. 2.315 Džula
B. 3.475 džula
C. 3.750 Džula
D. 5.000 Džula
E. 5.600 Džula

Diskusija:
Poznato je :
W = 5000 Džula
T_H = 780 K
T_L = 320 K
Pitao :
Q₂ ?
Jawab :
Korisnost Carnot motora:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
Samo 59% toplote se koristi za obavljanje rada. Koristite ove podatke za izračunavanje toplote koju apsorbuje Carnotov motor (Q₁).
(0,59)(Q₁) = 5000 džula
Q₁ = 5000 Džula/0,59 = 8475 Džula
Količina toplote koju motor apsorbuje iznosi 8475 džula.
Količina toplote koju motor oslobodi po ciklusu:
W = Q₁ - Q₂
5000 Džula = 8475 Džula – Q₂
Q₂ = 8475 džula – 5000 džula
Q₂ = 3475 džula
Tačan odgovor je B.

8. Pogledajte PV dijagram Carnotovog motora ispod! Ako je apsorbirana toplina (Q₁) = 8000 Džula, onda je rad koji izvrši Carnotov motor…
A. 1640 J
B. 4720 J
Oko 5640 J
D. 6270 J
E. 8840 J

Diskusija:
Poznato je :
Q₁ = 8000 J
T_H = 820 K
T_L = 380 K
Pitao :
Š?
Jawab :
Korisnost Carnot motora:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
Samo 54% toplote se koristi za obavljanje rada. Koristite ove podatke za izračunavanje rada koji izvrši Carnotov motor (W).
(0,59)(8000) = 4720 Džula
Rad koji izvrši Carnotov motor iznosi 4720 džula.
Tačan odgovor je B.

9. Carnotov motor radi između rezervoara toplote od 520 ^oC i hladni rezervoar 110 ^oC. Ako mašina apsorbuje 3000 Džula toplote iz vrućeg rezervoara, onda je količina toplote koju mašina odbija...
A. 450 džula
B. 800 džula
C. 1000 minuta
D. 1200 džula
E. 1440 džula
Diskusija:
Poznato je :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000 J
Pitao :
Q₂ = … ?
Jawab :
Korisnost Carnot motora:
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Koristite ove podatke za izračunavanje rada koji motor obavi (W)
(0,52)(3000) = 1560 Džula
Rad koji mašina izvrši iznosi 1560 džula.
Količina toplote koju oslobađa motor:
Q₂ = 3000 džula – 1560 džula
Q₂ = 1440 džula
Toplota koju oslobađa motor iznosi 1440 džula.