Carnot-motor (anvendelse af termodynamikkens anden lov) – problemer og løsninger

25 Carnot-motor (anvendelse af termodynamikkens anden lov) – problemer og løsninger

1. En motor kører mellem 1200 Kelvin og 300 Kelvin. Hvad er motorens virkningsgrad?

Kendt:

Høj temperatur (T₂H ) = 1200 K

Lav temperatur (TL ) = 300 K

Ønsket: Effektivitet (e)

opløsning:

Carnot-motor (anvendelse af termodynamikkens anden lov) - problemer og løsninger 1

2. En motor kører mellem 727 ° C og 127 ° C. Motorens varmetilførsel er 6000 joule. Hvad er motorens virkningsgrad, og hvad er det arbejde, motoren udfører i hver cyklus?

Kendt:

Højeste temperatur (T₂H ) = 727 ° C + 273 = 1000 K

Lav temperatur (TL ) = 127 ° C + 273 = 400 K

Varmetilførsel (QH ) = 6000 joule

Ønsket: Virkningsgrad (e) og arbejde udført af motoren (W)

opløsning:

Carnot-motorens effektivitet :

Carnot-motor (anvendelse af termodynamikkens anden lov) - problemer og løsninger 2

Arbejdet udføres af Carnot-motoren:

W = e Q H

W = (0.6)(6000)

W = 3600 Joule

3. En motor kører mellem 527 ° C og 127 ° C. Motorens varmetilførsel er 10,000 joule. Hvor meget varme udledes som spildvarme fra denne motor?

Kendt:

Højeste temperatur (T₂H ) = 527 ° C + 273 = 800 K

Lav temperatur (TL ) = 127 ° C + 273 = 400 K

Varmetilførsel (QH ) = 10,000 joule

Ønsket: Varmeydelse (Q L )

opløsning:

Carnot-motorens effektivitet:

Carnot-motor (anvendelse af termodynamikkens anden lov) - problemer og løsninger 3

Arbejdet udføres af Carnot-motoren:

W = e Q 1

W = (0.5)(10.000)

W = 5000 Joule

Varmeafgivelse (QL ) = Varmetilførsel (QH ) – Arbejde (W)

Q L = Q H – W

Q L = 10,000 – 5,000

QL = 5000 joule

4. Hvad er motorens virkningsgrad og det arbejde, motoren udfører, ifølge diagrammet nedenfor.

Carnot-motor (anvendelse af termodynamikkens anden lov) - problemer og løsninger 4Kendt:

Høj temperatur (T₂H ) = 800 K

Lav temperatur (TL ) = 300 K

Varmetilførsel (QH ) = 1000 joule

Ønsket: Effektivitet (e) og arbejde (W) udført af motoren

opløsning:

Carnot-motorens effektivitet:

Carnot-motor (anvendelse af termodynamikkens anden lov) - problemer og løsninger 5

Arbejdet udføres af Carnot-motoren:

W = e Q H

W = (0.625)(1000)

W = 625 Joule

5. Hvis en Carnot-motor opererer mellem 500 K og 300 K, beregn dens virkningsgrad.
Løsning: (η = 1 – T_C}{T_H = 1 – 300}{500 = 0.4 = 40%)

6. Find virkningsgraden af ​​et Carnot-køleskab, der fungerer mellem 300 K og 250 K.
Løsning: (η = \frac{T_C}{T_H – T_C} = \frac{250}{50} = 5 = 500\%)

7. En Carnot-motors virkningsgrad er 30%. Hvis T_C = 300 K, så find T_H).
Løsning: (T_H = \frac{T_C}{1 – \eta} = \frac{300}{0.7} \approx 428.57\,K)

8. Hvis en Carnot-varmepumpe fungerer mellem 270 K og 330 K, så find ydelseskoefficienten (COP).
Løsning: (COP = T_H/T_H – T_C = 330}{60 = 5.5)

9. Bestem \(T_C \) for en Carnot-motor med \(50\% \) virkningsgrad og \(T_H = 400\,K \).
Løsning: (T_C = T_H × (1 – η) = 400 × 0.5 = 200 K)

10. Beregn virkningsgraden af ​​en Carnot-motor, der arbejder mellem 373 K og 273 K.
Løsning: (η = 1 – 273/373 = ca. 0.268 = 26.8%)

11. Find COP'en for et Carnot-køleskab med (T_C = 260 K) og (T_H = 300 K).
Løsning: (COP = T_C}{T_H – T_C = 260}{40 = 6.5)

12. En Carnot-motor har 25 % virkningsgrad og T_C = 200 K. Find T_H).
Løsning: (T_H = \frac{T_C}{1 – \eta} = \frac{200}{0.75} \approx 266.67\,K)

13. Hvis en Carnot-varmepumpe fungerer mellem 220 K og 320 K, skal du finde COP'en.
Løsning: (COP = T_H/T_H – T_C = 320}{100 = 3.2)

14. Bestem \(T_C \) for en Carnot-motor med \(60\% \) virkningsgrad og \(T_H = 500\,K \).
Løsning: (T_C = T_H × (1 – η) = 500 × 0.4 = 200 K)

15. Beregn virkningsgraden af ​​en Carnot-motor, der arbejder mellem 600 K og 400 K.
Løsning: (η = 1 – 400/600 = ca. 0.333 = 33.3%)

16. Find COP'en for et Carnot-køleskab med (T_C = 280 K) og (T_H = 330 K).
Løsning: (COP = T_C}{T_H – T_C = 280}{50 = 5.6)

17. En Carnot-motor har 40 % virkningsgrad og T_C = 250 K. Find T_H).
Løsning: (T_H = \frac{T_C}{1 – \eta} = \frac{250}{0.6} \approx 416.67\,K)

18. Hvis en Carnot-varmepumpe fungerer mellem 270 K og 370 K, skal du finde COP'en.
Løsning: (COP = T_H/T_H – T_C = 370}{100 = 3.7)

15. Bestem \(T_C \) for en Carnot-motor med \(75\% \) virkningsgrad og \(T_H = 800\,K \).
Løsning: (T_C = T_H × (1 – η) = 800 × 0.25 = 200 K)

16. Beregn virkningsgraden af ​​en Carnot-motor, der arbejder mellem 700 K og 300 K.
Løsning: (η = 1 – 300/700 = ca. 0.571 = 57.1%)

17. Find COP'en for et Carnot-køleskab med (T_C = 250 K) og (T_H = 350 K).
Løsning: (COP = T_C}{T_H – T_C = 250}{100 = 2.5)

18. En Carnot-motor har 10 % virkningsgrad og T_C = 150 K. Find T_H).
Løsning: (T_H = \frac{T_C}{1 – \eta} = \frac{150}{0.9} \approx 166.67\,K)

19. Hvis en Carnot-varmepumpe fungerer mellem 200 K og 400 K, skal du finde COP'en.
Løsning: (COP = T_H/T_H – T_C = 400}{200 = 2)

20. Bestem \(T_C \) for en Carnot-motor med \(80\% \) virkningsgrad og \(T_H = 1000\,K \).
Løsning: (T_C = T_H × (1 – η) = 1000 × 0.2 = 200 K)