Carnot-en zikloa – arazoak eta irtenbideak

Carnot-en zikloa: arazoak eta irtenbideak

1. bada bero motorrak xurgatzen duen (Q₁) = 10,000 Joule, zein da egindako lana Carnot motorra?

Ezagunak: Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 1

Tenperatura baxua (T₂) = 400 K

Tenperatura altua (T₁) = 800 K

Bero-sarrera (Q₁) = 10,000 Joule

SE bila: Carnot motorrak egindako lana (W)

Irtenbidea:

Carnot motorraren eraginkortasuna:

Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 2

Lana Carnot motorrak egin zuen:

W = e Q₁

W = (1/2)(10,000) = 5000 Joule

Goiko grafikoan oinarrituta, zein da motorrak ziklo batean egiten duen lana?

Ezaguna: Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 3

Tenperatura baxua (T_L) = 400 K

Tenperatura altua (T_H) = 600 K

Bero-sarrera (Q₁) = 600 Joule

SE bila: Lana Carnot motorrak egin zuen (W)

irtenbidea:

Carnot motorraren eraginkortasuna:

Carnot motorrak egindako lana: Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 4

W = e Q₁

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

3. Beheko grafikoan oinarrituta, zein da Carnot motorraren eraginkortasuna?

Ezaguna: Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 5

Tenperatura baxua (T_L) = 350 K

Tenperatura altua (T_H) = 500 K

Bilatzen da: Carnot motorraren eraginkortasuna (e)

irtenbidea:

Carnot motorraren eraginkortasuna:

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

e = 0.3

e = 30/100 = % 30

4. Beheko grafikoan oinarrituta, motorraren tenperatura altua 600 K da eta tenperatura baxua 400 K. Motorrak egindako lana W bada, zein da irteera termikoa?

Ezaguna: Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 6

Tenperatura baxua (T_L) = 400 K

Tenperatura altua (T_H) = 600 K

Bilatzen da: bero-irteera (Q₂)

irtenbidea:

Carnot motorraren eraginkortasuna:

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Carnot motorrak egindako lana:

W = e Q₁

W = motorrak egindako lana, e = eraginkortasuna, Q1 = bero-sarrera

Ikusi halaber Talka eta energia mekanikoaren kontserbazioa – zundak eta irtenbideak

W = (1/3)(Q₁)

3W = Q₁

Bero-irteera:

Q₂ = Q₁ - M

Q₂ = 3W – W

Q₂ = 2W

5. Beheko grafikoan oinarrituta, bero-irteera 3000 Joule bada, zein da bero-sarrera?

Ezaguna:

Tenperatura baxua (T_L) = 500 K Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 7

Tenperatura altua (T_H) = 800 K

Bero-irteera (Q)₂) = 3000 Joule

Bilatzen da: Bero-sarrera (Q₁)

irtenbidea:

Carnot motorraren eraginkortasuna:

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (800 – 500) /8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Carnot motorrak egindako lana:

W = e Q₁

W = (3/8)(Q₁)

8W/3 = Q₁

Q₂ = Q₁ - M

Q₂ = 8W/3 – 3W/3

Q₂ = 5W/3

3Q₂ = 5W

W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

Motorrak xurgatzen duen beroa:

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

6. Carnot motor batek beroa xurgatzen du 800 Kelvin tenperatura altuan eta Carnot motorraren eraginkortasuna % 50ekoa da. Zein da tenperatura altua eraginkortasuna % 80ra handitzeko, tenperatura baxua konstante mantentzen bada?

Ezaguna:

Tenperatura altua bada (T_H) = 800 K, eraginkortasuna (e) = % 50 = 0.5

Bilatzen da: Tenperatura altua (T_H) eraginkortasuna (e) = % 80 = 0.8 bada

irtenbidea:

Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 8

Tenperatura baxua = 400 Kelvin

Zein da tenperatura altuena (T_H) eraginkortasuna (e) = % 80 bada?

Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 9

Tenperatura altua = 2000 Kelvin

7. Carnot motor batek 600 Kelvin tenperatura altuan funtzionatzen du % 40ko eraginkortasunarekin, motorraren eraginkortasuna % 75 bada eta tenperatura baxua konstante mantentzen bada, zein da tenperatura altua?

Ezaguna:

Tenperatura altua bada (T_H) = 600 K, eraginkortasuna (e) = % 40 = 0.4

Bilatzen da: Tenperatura altua (T_H) eraginkortasuna (e) = % 75 = 0.75 bada

irtenbidea:

Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 10

Tenperatura altua (T_H) eraginkortasuna (e) = % 75 bada? Carnoten zikloa – arazoak eta irtenbideak 11

Tenperatura altua = 1440 Kelvin

Zer da Carnot-en zikloa? ErantzunaCarnot zikloa ziklo termodinamiko teoriko bat da, eta motor termiko itzulgarri baten ziklo eraginkorrena irudikatzen du. Bi prozesu isotermo eta bi prozesu adiabatikoz osatuta dago.
Zergatik hartzen da Carnoten zikloa ziklo idealtzat? ErantzunaCarnot zikloa idealtzat hartzen da, edozein bero-motorren eraginkortasunaren goiko muga adierazten duelako. Ez dago benetako motorrik bi tenperatura-erreserba berdinen artean funtzionatzen duen Carnot motor bat baino eraginkorragoa izan daitekeenik.

Zeintzuk dira Carnot-en ziklo bateko lau prozesuak? ErantzunaCarnot ziklo bateko lau prozesuak hauek dira:
1. Tenperatura altuan hedapen isotermikoa $T_{H}$ .
2. Hedapen adiabatikoa (sistema termikoki isolatuta dagoenean hozten den).
3. Konpresio isotermikoa tenperatura baxuan $T_{C}$ .
4. Konpresio adiabatikoa (sistema termikoki isolatuta dagoenean berotu egiten da).
Zergatik ez dago Carnot zikloan funtzionatzen duen benetako motor termikorik? ErantzunaBenetako motorrek galera itzulezinak dituzte, hala nola marruskadura, eta ezin dute isolamendu perfektua mantendu prozesu adiabatikoetan zehar. Gainera, ezinezkoa litzateke Carnot zikloak behar dituen prozesu isotermiko infinituki motelak lortzea.
Zein da Carnot motor baten eraginkortasuna? Erantzuna: Eraginkortasuna. $η$ Bi tenperatura-erreserba artean funtzionatzen duen Carnot motor baten $T_{H}$ (beroa) eta $T_{C}$ (hotza) honela ematen da: $η = 1 - T ^{C / T H}$
non tenperaturak Kelvin gradutan dauden.
Zergatik ezin du Carnot motor batek %100eko eraginkortasuna izan? ErantzunaCarnot motor baten eraginkortasuna depositu beroaren eta hotzaren arteko tenperatura-diferentziaren araberakoa da. % 100eko eraginkortasuna lortzeko, depositu hotzaren tenperatura zero absolutua izan beharko litzateke (0 Kelvin), eta hori ezinezkoa da praktikan.

Zein da itzulgarritasunaren garrantzia Carnoten zikloan? ErantzunaItzulgarritasunak entropia sortzen duten prozesurik ez dagoela ziurtatzen du, hau da, zikloa eraginkortasun handienarekin funtziona dezake. Edozein prozesu itzulezinak zikloaren eraginkortasuna murriztuko luke.
Nola erlazionatzen da Carnoten zikloa termodinamikaren bigarren legearekin? ErantzunaCarnot zikloak Bigarren Legea oinarritzen du, bero-motorren eraginkortasunaren goi-muga bat ezarriz. Bigarren Legeak dioenez, ez dago bi tenperatura berdinen artean funtzionatzen duen Carnot motor bat baino eraginkorragorik.

Zergatik da ezinezkoa benetako aplikazioetan prozesu isotermikoak Carnot zikloan agertzen diren bezala izatea? ErantzunaCarnoten zikloan agertzen den prozesu isotermo batek denbora infinitua behar du, eta hori ez da praktikoa benetako aplikazioetan. Izan ere, egoera isotermoa mantentzeko, bero-transferentzia infinitesimalki motela izan behar da.

Nola laguntzen die Carnot zikloak ingeniariei eta zientzialariei? ErantzunaCarnot zikloak motor termikoen eraginkortasun maximoa lortzeko erreferentzia teorikoa eskaintzen du. Benetako motorrak Carnot zikloarekin alderatuz, ingeniariek eta zientzialariek hobekuntzarako arloak identifikatu eta beren diseinuen oinarrizko mugak ulertu ditzakete.