Exemple de motor de Carnot: un motor tèrmic ideal (aplicació de la segona llei de la termodinàmica)

16 Exemples de motors de Carnot: motors tèrmics ideals (aplicació de la segona llei de la termodinàmica)

1. Mireu el gràfic P – V del motor de Carnot al costat! Si la calor absorbida (Q₁) = 10.000 joules, aleshores la quantitat negoci què fa la màquina carnot és…

1.500 J

B. 4.000 J

C. 5.000 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Discussió

És conegut :

Baixa temperatura (T₂) = 400 K

Alta temperatura (T₁) = 800 K

Calor absorbida (Q₁) = 10.000 Joules

Preguntat Treball produït pel motor de Carnot (W)

Jawab :

Rendiment d'un motor tèrmic ideal (motor de Carnot):

Treball realitzat pel motor de Carnot:

W = e Q₁

W = (1/2)(10.000) = 5000 Joules

La resposta correcta és C.

2. Mireu la imatge del costat! La quantitat de treball realitzat pel motor en un cicle és...

300 J

B. 400 J

C. 500 J

D. 600 J

E. 700 J

Discussió

Se sap que:

Baixa temperatura (T_L) = 400 K

Alta temperatura (T_H) = 600 K

Calor absorbida (Q₁) = 600 Joules

Preguntat Treball produït pel motor de Carnot (W)

Resposta:

Rendiment d'un motor tèrmic ideal (motor de Carnot):

Treball realitzat pel motor de Carnot:

W = e Q₁

W = (1/3)(600) = 200 Joules

La resposta correcta és E.

3. Mireu el gràfic del cicle de Carnot ABCDA a continuació! Segons les dades del gràfic, l'eficiència del motor de Carnot és...

A. 10%

B. 20%

C. 25%

D. 30%

E. 35%

Discussió

És conegut :

Baixa temperatura (T_L) = 350 K

Alta temperatura (T_H) = 500 K

Preguntat : Rendiment del motor de Carnot (e)

Jawab :

Rendiment del motor de Carnot:

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

i = 0,3

e = 30/100 = 30%

La resposta correcta és D.

4. En el següent gràfic PV del motor de Carnot, el dipòsit d'alta temperatura és de 600 K i el de baixa temperatura és de 400 K. Si el treball realitzat pel motor és de W, aleshores la calor alliberada a baixa temperatura és...

A. W.

B. 2 Oest

C. 3 Oest

D. 4 Oest

E. 6 O

Discussió

És conegut :

Baixa temperatura (T_L) = 400 K

Alta temperatura (T_H) = 600 K

Preguntat Calor alliberada a baixes temperatures (Q₂)

Jawab :

Eficiència del motor de Carnot :

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Treball realitzat per una màquina de Carnot :

W = e Q₁

Descripció: W = treball realitzat per la màquina, e = eficiència de la màquina, Q₁ = calor absorbida per la màquina.

W = (1/3)(Q)₁)

3W = Q₁

Calor alliberada a baixes temperatures :

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = 3W – W

Q₂ = 2W

La resposta correcta és B.

5. El gràfic PV d'un cicle de Carnot té el mateix aspecte que la figura següent. Si s'alliberen 3.000 joules de calor a l'entorn, la calor absorbida pel sistema és...

3.000 J

B. 4.000 J

C. 4.800 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Discussió

És conegut :

Baixa temperatura (T_L) = 500 K

Alta temperatura (T_H) = 800 K

Calor alliberada (Q₂) = 3000 Joules

Preguntat Calor absorbida pel sistema (Q₁)

Jawab :

Eficiència del motor de Carnot :

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (800 – 500) /8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Treball realitzat per una màquina de Carnot :

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

Calor absorbida pel sistema :

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

La resposta correcta és C.

6. Un motor de Carnot rep calor d'un dipòsit d'alta temperatura a 800 K i té una eficiència del 50%. Per aconseguir una eficiència del 80% mantenint constant el dipòsit de baixa temperatura, el dipòsit d'alta temperatura s'ha de convertir en...

A. 1.600 K

B. 2.000 K

C. 2.400 K

D. 4.000 K

E. 6.400 K

Discussió

Se sap que:

Si la temperatura és alta (T_H) = 800 K, eficiència (e) = 50% = 0,5

Preguntat: Quina és la temperatura màxima (T_H) de manera que l'eficiència (e) = 80% = 0,8

Resposta:

Temperatura mínima = 400 Kelvin

Quina és la temperatura màxima (T_H) de manera que l'eficiència (e) = 80%?

Temperatura màxima = 2.000 Kelvin

La resposta correcta és B.

7. Un motor de Carnot que funciona en un reservori d'alta temperatura a 600 K té una eficiència del 40%. Per aconseguir una eficiència del 75% amb la constant del reservori de baixa temperatura, cal augmentar el reservori d'alta temperatura a...

A. 480 K

B. 840 K

C. 900 K

D. 1028 K

E. 1440 K

Discussió

Se sap que:

Si la temperatura és alta (T_H) = 600 K, eficiència (e) = 40% = 0,4

Preguntat: Quina és la temperatura màxima (T_H) de manera que l'eficiència (e) = 75% = 0,75

Resposta:

Temperatura mínima = 360 Kelvin

Quina és la temperatura màxima (T_H) de manera que l'eficiència (e) = 75%?

Temperatura màxima = 1440 Kelvin

La resposta correcta és E.

8. Un motor de Carnot rep calor d'un dipòsit d'alta temperatura a 800 K i té una eficiència del 50%. Per aconseguir una eficiència del 80% mentre es manté la baixa temperatura del dipòsit, el dipòsit d'alta temperatura s'ha de convertir en...

A. 1.600 K
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K

Discussió
Se sap que:
Si la temperatura màxima (TH) = 800 K, l'eficiència (e) = 50% = 0,5
Pregunta: Quina és la temperatura més alta (TH) perquè l'eficiència (e) = 80% = 0,8
Resposta:
Temperatura mínima = 400 Kelvin

Quina és la temperatura màxima (TH) perquè l'eficiència (e) sigui del 80%?
Temperatura màxima = 2.000 Kelvin
La resposta correcta és B.

9. Un motor de Carnot que funciona amb un dipòsit d'alta temperatura a 600 K té una eficiència del 40%. Per aconseguir una eficiència del 75% amb el dipòsit de baixa temperatura constant, cal augmentar el dipòsit d'alta temperatura a...

A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K

Discussió
Se sap que:
Si la temperatura màxima (TH) = 600 K, l'eficiència (e) = 40% = 0,4
Pregunta: Quina és la temperatura més alta (TH) perquè l'eficiència (e) = 75% = 0,75
Resposta:
Temperatura mínima = 360 Kelvin

Quina és la temperatura màxima (TH) perquè l'eficiència (e) sigui del 75%?
Temperatura màxima = 1440 Kelvin
La resposta correcta és E.

10. L'eficiència d'un motor de Carnot que absorbeix calor a una temperatura de 1200 Kelvin i rebutja calor a una temperatura de 300 Kelvin és...

Discussió
És conegut :
Alta temperatura (T_H) = 1200 K
Baixa temperatura (T_L) = 300 K
Preguntat : Rendiment del motor de Carnot (e)
Jawab :
11. Un motor de Carnot funciona en un cicle entre 727^o127 de C^oC. El motor absorbeix 6000 joules de calor d'un dipòsit a alta temperatura. L'eficiència del motor i el treball realitzat pel motor en un cicle són...

Discussió
És conegut :
Alta temperatura (T_H) = 727^oC + 273 = 1000 K
Baixa temperatura (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Calor absorbida (Q_H) = 6000 Joules
Preguntat : Rendiment (e) i treball (W) realitzat pel motor en un cicle
Jawab :
Eficiència del motor de Carnot :
Treball realitzat per una màquina de Carnot :
W = e Q_H
W = (0,6)(6000)
W = 3600 Joules

12. Un motor de Carnot funciona entre un dipòsit d'alta temperatura de 527^oC i dipòsit de baixa temperatura 127^oC. El motor de Carnot absorbeix 10.000 joules de calor d'un reservori calent. La quantitat de calor rebutjada pel motor en cada cicle és...
Discussió
És conegut :
Alta temperatura (T_H) = 527^oC + 273 = 800 K
Baixa temperatura (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Calor absorbida (Q_H) = 10.000 Joules
Preguntat Calor rebutjada pel motor per cicle
Jawab :
Rendiment d'un motor tèrmic ideal (motor de Carnot):
Treball realitzat pel motor de Carnot:
W = e Q₁
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 Joules
La calor alliberada pel motor per cicle (Q_L) = calor absorbida (Q_H) – treball realitzat (W)
Q_L = Q_H - W
Q_L = 10.000 - 5000
Q_L = 5000 Joules
Calor dissipada pel motor per cicle = 5000 Joules

13. Determineu el rendiment i el treball realitzat pel motor de Carnot en un cicle basant-vos en el gràfic següent...
Discussió

És conegut :
Alta temperatura (T_H) = 800 K
Baixa temperatura (T_L) = 300 K
Calor absorbida (Q_H) = 1000 Joules
Preguntat : Eficiència (e) i treball (W) realitzat pel motor de Carnot
Jawab :
Eficiència del motor de Carnot :
Treball realitzat per una màquina de Carnot :
W = e Q_H
W = (0,625)(1000)
W = 625 Joules

14. Mireu el gràfic del cicle de Carnot ABCDA a continuació!
Segons les dades del gràfic, l'eficiència del motor de Carnot és...

A. 10%
B. 20%
C. 25%
D. 30%
E. 35%

Discussió
És conegut :
Suhu baixa (T_L) = 350 K
Alta temperatura (T_H) = 500 K
Preguntat : Rendiment del motor de Carnot (e)
Jawab :

Rendiment del motor de Carnot:
e = (T_H - T_L) / T_H
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
i = 0,3
e = 30/100 = 30%
La resposta correcta és D.

15. En el següent gràfic PV del motor de Carnot, el dipòsit d'alta temperatura és de 600 K i la de baixa temperatura és de 400 K. Si negoci fet pel motor és W, aleshores la calor alliberada a baixa temperatura és...

A. W.
B. 2 Oest
C. 3 Oest
D. 4 Oest
E. 6 O

Discussió
És conegut :
Baixa temperatura (T_L) = 400 K
Alta temperatura (T_H) = 600 K
Preguntat Calor alliberada a baixes temperatures (Q₂)
Jawab :
Eficiència del motor de Carnot :
e = (T_H - T_L) / T_H
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Treball realitzat per una màquina de Carnot :
W = e Q₁
Descripció: W = treball realitzat per la màquina, e = eficiència de la màquina, Q₁ = calor absorbida per la màquina.
W = (1/3)(Q)₁)
3W = Q₁
KL'Alor s'allibera a baixes temperatures :
Q₂ = Q₁ - W
Q₂ = 3W– W
Q₂ = 2W
La resposta correcta és B.

16. El gràfic PV d'un cicle de Carnot té el mateix aspecte que la figura següent. Si calor que s'allibera al medi ambient 3.000 Joules, aleshores la calor absorbida pel sistema és...
3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Discussió
És conegut :
Baixa temperatura (T_L) = 500 K
Alta temperatura (T_H) = 800 K
Calor alliberada (Q₂) = 3000 Joules
Preguntat Calor absorbida pel sistema (Q₁)
Jawab :
Eficiència del motor de Carnot :
e = (T_H - T_L) / T_H
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Treball realitzat per una màquina de Carnot :
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
KAlor absorbit pel sistema :
Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 Joules
La resposta correcta és C.

Font de la pregunta:

Preguntes de física de l'examen nacional per a secundària/institut professional