Sik Carnot - pwoblèm ak solisyon

Sik Carnot - pwoblèm ak solisyon

1. Si chalè absòbe pa motè a (Q₁) = 10,000 Joules, ki travay ki fèt pa Motè Carnot?

Konnen:

Tanperati ki ba (T₂) = 400 K

Tanperati ki wo (T₁) = 800 K

Antre chalè (Q₁) = 10,000 Joule

Wanted: Travay ki fèt pa motè Carnot la (W)

Solisyon:

Efikasite motè Carnot la:

Travay te fèt pa motè Carnot la:

W = e Q₁

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

2.

Baze sou graf ki anwo a, ki travay yon motè fè nan yon sik?

Li te ye:

Tanperati ki ba (T_L) = 400 K

Tanperati ki wo (T_H) = 600 K

Antre chalè (Q₁) = 600 Joule

Wanted: Travay la te fèt pa motè Carnot (W) la

Solisyon:

Efikasite motè Carnot la:

Travay motè Carnot la fè:

W = e Q₁

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

3. Baze sou graf ki anba a, ki efikasite motè Carnot la?

Li te ye:

Tanperati ki ba (T_L) = 350 K

Tanperati ki wo (T_H) = 500 K

Rechèch: Efikasite motè Carnot la (e)

Solisyon:

Efikasite motè Carnot la:

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

e = 0.3

e = 30/100 = 30%

4. Baze sou graf ki anba a, tanperati ki wo motè tèmik la se 600 K epi tanperati ki ba a se 400 K. Si travay motè a fè a se W, ki pwodiksyon chalè li ye?

Li te ye:

Tanperati ki ba (T_L) = 400 K

Tanperati ki wo (T_H) = 600 K

Rechèch: pwodiksyon chalè (Q₂)

Solisyon:

Efikasite motè Carnot la:

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Travay motè Carnot la fè:

W = e Q₁

W = travay motè a fè, e = efikasite, Q1 = chalè ki antre

W = (1/3)(Q₁)

3W = Q₁

Pwodiksyon chalè:

Q₂ = K₁ - W

Q₂ = 3W – W

Q₂ = 2W

5. Baze sou graf ki anba a, si chalè ki soti a se 3000 Joules, ki chalè ki antre a?

Li te ye:

Tanperati ki ba (T_L) = 500 K

Tanperati ki wo (T_H) = 800 K

Pwodiksyon chalè (Q₂) = 3000 Joule

Rechèch: Antre chalè (Q₁)

Solisyon:

Efikasite motè Carnot la:

e = (T_H - T_L) / T_H

e = (800 – 500) /8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Travay motè Carnot la fè:

W = e Q₁

W = (3/8)(Q₁)

8W/3 = Q₁

Q₂ = K₁ - W

Q₂ = 8W/3 – 3W/3

Q₂ = 5W/3

3Q₂ = 5W

W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

Chalè motè a absòbe:

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

6. Yon motè Carnot absòbe chalè nan yon tanperati ki wo 800 Kelvin epi efikasite motè Carnot la se 50%. Ki tanperati ki wo pou ogmante efikasite a 80% si tanperati ki ba a rete konstan?

Li te ye:

Si tanperati a wo (T_H) = 800 K, efikasite (e) = 50% = 0.5

Rechèch: Tanperati ki wo (T_H) si efikasite (e) = 80% = 0.8

Solisyon:

Tanperati ki ba = 400 Kelvin

Ki tanperati ki pi wo a (T)_H) si efikasite (e) = 80 %?

Tanperati ki wo = 2000 Kelvin

7. Yon motè Carnot fonksyone nan yon tanperati ki wo 600 Kelvin avèk yon efikasite 40%. Si efikasite motè a se 75% epi tanperati ki ba a rete konstan, ki tanperati ki wo a ye?

Li te ye:

Si tanperati a wo (T_H) = 600 K, efikasite (e) = 40% = 0.4

Rechèch: Tanperati ki wo (T_H) si efikasite (e) = 75% = 0.75

Solisyon:

Tanperati ki wo (T_H) si efikasite (e) = 75 %?

Tanperati ki wo = 1440 Kelvin

1. Ki sa ki sik Carnot la? ReponnSik Carnot la se yon sik termodinamik teyorik ki reprezante sik motè chalè revèsib ki pi efikas posib. Li konsiste de de pwosesis izotèmik ak de pwosesis adyabatik.
2. Poukisa yo konsidere sik Carnot la kòm yon sik ideyal? ReponnSik Carnot la konsidere kòm ideyal paske li reprezante limit siperyè efikasite pou nenpòt motè chalè. Pa gen okenn motè reyèl ki ka pi efikas pase yon motè Carnot k ap fonksyone ant de menm rezèvwa tanperati yo.
3. Ki kat pwosesis ki genyen nan yon sik Carnot? ReponnKat pwosesis ki genyen nan yon sik Carnot se:
   1. Ekspansyon izotèmik nan tanperati ki wo T_H​.
   2. Ekspansyon adyabatik (kote sistèm nan izole tèmikman epi li refwadi).
   3. Konpresyon izotèmik nan tanperati ki ba T_C​.
   4. Konpresyon adyabatik (kote sistèm nan izole tèmikman epi li chofe).
4. Poukisa pa gen yon motè chalè reyèl ki fonksyone sou sik Carnot la? ReponnMotè reyèl yo gen pèt irevokabl, tankou friksyon, epi yo pa ka kenbe yon izolasyon pafè pandan pwosesis adyabatik yo. Anplis de sa, li pa t ap pratik pou reyalize pwosesis izotèmik enfini dousman ke sik Carnot la mande yo.
5. Ki efikasite yon motè Carnot? ReponnEfikasite a $\eta$ yon motè Carnot k ap fonksyone ant de rezèvwa tanperati T_H​ (cho) ak T_C​ (frèt) yo bay pa:
   η=1-T_C/T_H​​​

   kote tanperati yo an Kelvin.

6. Poukisa yon motè Carnot pa ka gen yon efikasite 100%? ReponnEfikasite yon motè Carnot depann de diferans tanperati ki genyen ant rezèvwa cho a ak rezèvwa frèt la. Pou rive nan yon efikasite 100%, tanperati rezèvwa frèt la ta dwe zewo absoli (0 Kelvin), sa ki pa ka atenn nan pratik.
7. Ki siyifikasyon reversibilite nan sik Carnot la? ReponnReversibilite asire ke pa gen okenn pwosesis ki jenere entropi, sa vle di sik la ka fonksyone ak efikasite maksimòm. Nenpòt pwosesis ireversib ta diminye efikasite sik la.
8. Ki rapò sik Carnot la genyen ak dezyèm lwa tèmodinamik la? ReponnSik Carnot la soutni Dezyèm Lwa a lè li etabli yon limit siperyè sou efikasite motè chalè yo. Dezyèm Lwa a deklare ke pa gen okenn motè ki ka pi efikas pase yon motè Carnot k ap fonksyone ant de menm tanperati yo.
9. Poukisa li enposib pou gen pwosesis izotèmik nan aplikasyon nan mond reyèl la egzakteman jan yo parèt nan sik Carnot la? ReponnYon pwosesis izotèmik, jan yo montre l nan sik Carnot la, mande yon kantite tan enfini, sa ki pa pratik nan aplikasyon reyèl. Sa a se paske pou kenbe kondisyon izotèmik la, transfè chalè a ta dwe fèt enfinitimalman dousman.

10. Kijan sik Carnot la ede enjenyè ak syantis yo? ReponnSik Carnot la bay yon referans teyorik pou efikasite maksimòm posib motè chalè yo. Lè yo konpare motè reyèl yo ak sik Carnot la, enjenyè ak syantis yo ka idantifye domèn amelyorasyon epi konprann limit fondamantal konsepsyon yo.