Primjer Carnotovog motora – idealnog toplinskog stroja (primjena drugog zakona termodinamike)

16 primjera Carnotovih motora – idealni toplinski motori (primjena drugog zakona termodinamike)

1. Pogledajte P-V graf Carnotovog motora sa strane! Ako je apsorbirana toplina (Q₁) = 10.000 džula, tada je iznos napor što stroj radi Carnot je…

A. 1.500 J

B. 4.000 J

Oko 5.000 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Rasprava

Poznato je :

Niska temperatura (T₂) = 400 K

Visoka temperatura (T₁) = 800 K

Apsorbirana toplina (Q₁) = 10.000 džula

Pitao Rad koji proizvodi Carnotov stroj (W)

Jawab :

Učinkovitost idealnog toplinskog stroja (Carnotovog stroja):

Rad koji obavlja Carnotov motor:

W = e Q₁

W = (1/2)(10.000) = 5000 džula

Točan odgovor je C.

2. Pogledajte sliku sa strane! Količina rada koju motor obavi u jednom ciklusu je…

A. 300 J

B. 400 J

Oko 500 J

D. 600 J

E. 700 J

Rasprava

Poznato je da:

Niska temperatura (T_L) = 400 K

Visoka temperatura (T_H) = 600 K

Apsorbirana toplina (Q₁) = 600 džula

Pitao Rad koji proizvodi Carnotov stroj (W)

Odgovor:

Učinkovitost idealnog toplinskog stroja (Carnotovog stroja):

Rad koji obavlja Carnotov motor:

W = e Q₁

W = (1/3)(600) = 200 džula

Točan odgovor je E.

3. Pogledajte graf Carnotovog ciklusa ABCDA ispod! Na temelju podataka u grafu, učinkovitost Carnotovog motora je…

A. 10%

B. 20%

C. 25%

D. 30%

E. 35%

Rasprava

Poznato je :

Niska temperatura (T_L) = 350 K

Visoka temperatura (T_H) = 500 K

Pitao Učinkovitost Carnotovog motora (e)

Jawab :

Učinkovitost Carnotovog motora:

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

e = 0,3

e = 30/100 = 30%

Točan odgovor je D.

4. U sljedećem PV grafu Carnotovog motora, spremnik visoke temperature je 600 K, a spremnik niske temperature 400 K. Ako je rad koji motor obavi W, tada je toplina oslobođena na niskoj temperaturi...

A. W.

B. 2 P

C. 3 Z

D. 4 Z

I. 6 Z.

Rasprava

Poznato je :

Niska temperatura (T_L) = 400 K

Visoka temperatura (T_H) = 600 K

Pitao Toplina oslobođena na niskim temperaturama (Q₂)

Jawab :

Učinkovitost Carnotovog motora :

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Rad koji obavlja Carnotov motor :

W = e Q₁

Opis: W = rad koji obavlja stroj, e = učinkovitost stroja, Q₁ = toplina koju apsorbira stroj.

W = (1/3)(Q₁)

3W = Q₁

Toplina oslobođena na niskim temperaturama :

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = 3W – W

Q₂ = 2W

Točan odgovor je B.

5. PV graf Carnotovog ciklusa izgleda kao na sljedećoj slici. Ako se u okolinu oslobodi 3.000 Joula topline, tada je toplina koju sustav apsorbira…

A. 3.000 J

B. 4.000 J

Oko 4.800 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Rasprava

Poznato je :

Niska temperatura (T_L) = 500 K

Visoka temperatura (T_H) = 800 K

Oslobođena toplina (Q₂) = 3000 džula

Pitao Toplina koju sustav apsorbira (Q₁)

Jawab :

Učinkovitost Carnotovog motora :

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (800 – 500) / 8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Rad koji obavlja Carnotov motor :

W = e Q₁

W = (3/8)(Q₁)

8W/3 = Q₁

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = 8 W/3 – 3 W/3

Q₂ = 5 W / 3

3Q₂ = 5W

W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

Toplina koju sustav apsorbira :

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

Točan odgovor je C.

6. Carnotov motor prima toplinu iz visokotemperaturnog spremnika na 800 K i ima učinkovitost od 50%. Da bi se postigla učinkovitost od 80% uz održavanje konstantne niskotemperaturnog spremnika, visokotemperaturni spremnik mora se pretvoriti u….

A. 1.600 tisuća

B. 2.000 tisuća

Oko 2.400 tisuća

D. 4.000 tisuća

E. 6.400 tisuća

Rasprava

Poznato je da:

Ako je temperatura visoka (T_H) = 800 K, učinkovitost (e) = 50% = 0,5

Pitao/la sam: Kolika je najviša temperatura (T_H) tako da je učinkovitost (e) = 80% = 0,8

Odgovor:

Niska temperatura = 400 Kelvina

Kolika je najviša temperatura (T_H) tako da je učinkovitost (e) = 80%?

Najviša temperatura = 2.000 Kelvina

Točan odgovor je B.

7. Carnotov motor koji radi na visokotemperaturnom spremniku na 600 K ima učinkovitost od 40%. Da bi se postigla učinkovitost od 75% s konstantom niskotemperaturnog spremnika, visokotemperaturni spremnik mora se povećati na….

A. 480 tisuća

B. 840 tisuća

Oko 900 tisuća

D. 1028 tisuća

E. 1440 tisuća

Rasprava

Poznato je da:

Ako je temperatura visoka (T_H) = 600 K, učinkovitost (e) = 40% = 0,4

Pitao/la sam: Kolika je najviša temperatura (T_H) tako da je učinkovitost (e) = 75% = 0,75

Odgovor:

Niska temperatura = 360 Kelvina

Kolika je najviša temperatura (T_H) tako da je učinkovitost (e) = 75%?

Najviša temperatura = 1440 Kelvina

Točan odgovor je E.

8. Carnotov motor prima toplinu iz visokotemperaturnog spremnika na 800 K i ima učinkovitost od 50%. Da bi se postigla učinkovitost od 80% uz održavanje niske temperature spremnika, visokotemperaturni spremnik mora se pretvoriti u….

A. 1.600 tisuća
B. 2.000 tisuća
Oko 2.400 tisuća
D. 4.000 tisuća
E. 6.400 tisuća

Rasprava
Poznato je da:
Ako je visoka temperatura (TH) = 800 K, učinkovitost (e) = 50% = 0,5
Pitanje: Koja je najviša temperatura (TH) da bi učinkovitost (e) = 80% = 0,8
Odgovor:
Niska temperatura = 400 Kelvina

Kolika je najviša temperatura (TH) da bi učinkovitost (e) bila 80%?
Najviša temperatura = 2.000 Kelvina
Točan odgovor je B.

9. Carnotov motor koji radi na visokotemperaturnom spremniku na 600 K ima učinkovitost od 40%. Da bi se postigla učinkovitost od 75% uz konstantnu niskotemperaturnu posudu, visokotemperaturna posuda mora se povećati na….

A. 480 tisuća
B. 840 tisuća
Oko 900 tisuća
D. 1028 tisuća
E. 1440 tisuća

Rasprava
Poznato je da:
Ako je visoka temperatura (TH) = 600 K, učinkovitost (e) = 40% = 0,4
Pitanje: Koja je najviša temperatura (TH) da bi učinkovitost (e) = 75% = 0,75
Odgovor:
Niska temperatura = 360 Kelvina

Kolika je najviša temperatura (TH) da bi učinkovitost (e) bila 75%?
Najviša temperatura = 1440 Kelvina
Točan odgovor je E.

10. Učinkovitost Carnotovog motora koji apsorbira toplinu na temperaturi od 1200 Kelvina i odbija toplinu na temperaturi od 300 Kelvina je…

Rasprava
Poznato je :
Visoka temperatura (T_H) = 1200 K
Niska temperatura (T_L) = 300 K
Pitao Učinkovitost Carnotovog motora (e)
Jawab :
11. Carnotov motor radi u ciklusu između 727^oC i 127^oC. Motor apsorbira 6000 Joula topline iz spremnika visoke temperature. Učinkovitost motora i rad koji motor obavi u jednom ciklusu su…

Rasprava
Poznato je :
Visoka temperatura (T_H) = 727^oC + 273 = 1000 K
Niska temperatura (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Apsorbirana toplina (Q_H) = 6000 džula
Pitao Učinkovitost (e) i rad (W) koji motor obavi u jednom ciklusu
Jawab :
Učinkovitost Carnotovog motora :
Rad koji obavlja Carnotov motor :
W = e Q_H
W = (0,6)(6000)
W = 3600 džula

12. Carnotov motor radi između visokotemperaturnog spremnika od 527^oC i spremnik niske temperature 127^oC. Carnotov motor apsorbira 10 000 Joula topline iz vrućeg spremnika. Količina topline koju motor odvede u svakom ciklusu je…
Rasprava
Poznato je :
Visoka temperatura (T_H) = 527^oC + 273 = 800 K
Niska temperatura (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Apsorbirana toplina (Q_H) = 10.000 džula
Pitao Toplina koju motor odvede po ciklusu
Jawab :
Učinkovitost idealnog toplinskog stroja (Carnotovog stroja):
Rad koji obavlja Carnotov motor:
W = e Q₁
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 džula
Toplina koju motor oslobađa po ciklusu (Q_L) = apsorbirana toplina (Q_H) – obavljeni rad (W)
Q_L = Q_H - W
Q_L = 10.000 - 5000
Q_L = 5000 džula
Toplina koju motor rasipa po ciklusu = 5000 Joula

13. Odredite učinkovitost i rad koji Carnotov motor obavi u jednom ciklusu na temelju donjeg grafa...
Rasprava

Poznato je :
Visoka temperatura (T_H) = 800 K
Niska temperatura (T_L) = 300 K
Apsorbirana toplina (Q_H) = 1000 džula
Pitao : Učinkovitost (e) i rad (W) koji obavlja Carnotov motor
Jawab :
Učinkovitost Carnotovog motora :
Rad koji obavlja Carnotov motor :
W = e Q_H
W = (0,625)(1000)
W = 625 džula

14. Pogledajte graf Carnotovog ciklusa ABCDA ispod!
Na temelju podataka u grafu, učinkovitost Carnotovog motora je…

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

Rasprava
Poznato je :
Suhu nisko (T_L) = 350 K
Visoka temperatura (T_H) = 500 K
Pitao Učinkovitost Carnotovog motora (e)
Jawab :

Učinkovitost Carnotovog motora:
e = (T_H - T_L) / T_H
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
e = 0,3
e = 30/100 = 30%
Točan odgovor je D.

15. U sljedećem PV grafu Carnotovog motora, visokotemperaturni spremnik je 600 K, a niskotemperaturni 400 K. Ako napor snaga koju motor obavi je W, tada je toplina oslobođena na niskoj temperaturi...

A. W.
B. 2 P
C. 3 Z
D. 4 Z
I. 6 Z.

Rasprava
Poznato je :
Niska temperatura (T_L) = 400 K
Visoka temperatura (T_H) = 600 K
Pitao Toplina oslobođena na niskim temperaturama (Q₂)
Jawab :
Učinkovitost Carnotovog motora :
e = (T_H - T_L) / T_H
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Rad koji obavlja Carnotov motor :
W = e Q₁
Opis: W = rad koji obavlja stroj, e = učinkovitost stroja, Q₁ = toplina koju apsorbira stroj.
W = (1/3)(Q₁)
3W = Q₁
KAlor se oslobađa na niskim temperaturama :
Q₂ = Q₁ - W
Q₂ = 3W–W
Q₂ = 2W
Točan odgovor je B.

16. PV graf Carnotovog ciklusa izgleda kao na sljedećoj slici. Ako toplina koja se u okoliš oslobađa 3.000 Joula, tada sustav apsorbira toplinu…
A. 3.000 J
B. 4.000 J
Oko 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Rasprava
Poznato je :
Niska temperatura (T_L) = 500 K
Visoka temperatura (T_H) = 800 K
Oslobođena toplina (Q₂) = 3000 džula
Pitao Toplina koju sustav apsorbira (Q₁)
Jawab :
Učinkovitost Carnotovog motora :
e = (T_H - T_L) / T_H
e = (800 – 500) / 8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Rad koji obavlja Carnotov motor :
W = e Q₁
W = (3/8)(Q₁)
8W/3 = Q₁
 
Q₂ = Q₁ - W
Q₂ = 8 W/3 – 3 W/3
Q₂ = 5 W / 3
3Q₂ = 5W
W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
KAlor apsorbira sustav :
Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 džula
Točan odgovor je C.

Izvor pitanja:

Pitanja iz fizike za nacionalni ispit za višu srednju školu/srednju strukovnu školu