דוגמה למנוע קרנו - מנוע חום אידיאלי (יישום החוק השני של התרמודינמיקה)

16 דוגמאות למנועי קרנו - מנועי חום אידיאליים (יישום החוק השני של התרמודינמיקה)

1. התבוננו בגרף P-V של מנוע קרנו בצד! אם החום הנספג (Q1 ₎ = 10.000 ג'אול, אז כמות העבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו היא...

א. 1.500 ג'ול

ב. 4.000 ג'ול

כ-5.000 ג'ול

ד. 6.000 ג'ול

מזרח 8.000 ג'ול

דִיוּן

ידוע כי :

טמפרטורה נמוכה (T2 ₎ = 400 קלווין

טמפרטורה גבוהה (T1 ₎ = 800 קלווין

חום נספג (Q1 ₎ = 10.000 ג'אול

דרוש/ה : עבודה שנוצרה על ידי מנוע קרנו (W)

תשובה :

יעילות של מנוע חום אידיאלי (מנוע קרנו):

עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו:

W = e Q ₁

W = (1/2)(10.000) = 5000 ג'אול

התשובה הנכונה היא ג'.

2. התבוננו בתמונה בצד! כמות העבודה שמבצע המנוע במחזור אחד היא...

א. 300 ג'ול

ב. 400 ג'ול

כ-500 ג'ול

ד. 600 ג'ול

מזרח 700 ג'ול

דִיוּן

ידוע כי:

טמפרטורה נמוכה (TL ₎ = 400 קלווין

טמפרטורה גבוהה (TH ₎ = 600 קלווין

חום נספג (Q1 ₎ = 600 ג'אול

דרוש/ה : עבודה שנוצרה על ידי מנוע קרנו (W)

תשובה:

יעילות של מנוע חום אידיאלי (מנוע קרנו):

עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו:

W = e Q ₁

W = (1/3)(600) = 200 ג'אול

התשובה הנכונה היא ה'.

3. התבוננו בגרף מחזור קרנו ABCDA למטה! בהתבסס על הנתונים בגרף, יעילות מנוע קרנו היא...

א. 10%

ב. 20%

כ-25%

ד. 30%

ה. 35%

דִיוּן

ידוע כי :

טמפרטורה נמוכה (TL ₎ = 350 קלווין

טמפרטורה גבוהה (TH ₎ = 500 קלווין

שאלה : יעילות מנוע קרנו (e)

תשובה :

יעילות מנוע קרנו:

e = (TH _– TH ₎ / _TH

ה = (500 – 350) / 500

ה = 150 / 500

e = 0,3

ה = 30/100 = 30%

התשובה הנכונה היא ד'.

4. בגרף ה-PV הבא של מנוע קרנו, מאגר הטמפרטורה הגבוהה הוא 600 קלווין והטמפרטורה הנמוכה היא 400 קלווין. אם העבודה שמבצע המנוע היא וואט, אז החום המשתחרר בטמפרטורה הנמוכה הוא...

א.וו

ב. 2 מערב

ג. 3 מערב

ד. 4 מערב

מזרח 6 מערב

דִיוּן

ידוע כי :

טמפרטורה נמוכה (TL ₎ = 400 קלווין

טמפרטורה גבוהה (TH ₎ = 600 קלווין

שאלה : חום הנפלט בטמפרטורה נמוכה (שאלה ₂ )

תשובה :

יעילות מנוע קרנו :

e = (TH _– TH ₎ / _TH

ה = (600 – 400) / 600

ה = 200 / 600

ה = 1/3

עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו :

W = e Q ₁

תיאור: W = עבודה שנעשית על ידי המכונה, e = יעילות המכונה, Q1 ₌ חום שנספג על ידי המכונה.

W = (1/3)( _Q1 )

3W = Q ₁

חום המשתחרר בטמפרטורות נמוכות :

ש ₂ = ש ₁ – W

Q2 = 3W – _W

Q2 = _2W

התשובה הנכונה היא ב'.

5. גרף ה-PV של מחזור קרנו נראה כמו באיור הבא. אם 3.000 ג'אול של חום משתחררים לסביבה, אז החום הנספג על ידי המערכת הוא...

א. 3.000 ג'ול

ב. 4.000 ג'ול

כ-4.800 ג'ול

ד. 6.000 ג'ול

מזרח 8.000 ג'ול

דִיוּן

ידוע כי :

טמפרטורה נמוכה (TL ₎ = 500 קלווין

טמפרטורה גבוהה (TH ₎ = 800 קלווין

חום משתחרר (Q² ₎ = 3000 ג'אול

שאלה : חום שנספג על ידי המערכת (שאלה ₁ )

תשובה :

יעילות מנוע קרנו :

e = (TH _– TH ₎ / _TH

ה = (800 – 500) /8600

ה = 300 / 800

ה = 3/8

עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו :

W = e Q ₁

W = (3/8)( _Q1 )

8W/3 = Q ₁

ש ₂ = ש ₁ – W

Q2 = 8W/3 – 3W/ ₃

Q2 = 5W/ ₃

3Q ₂ = 5W

W = 3Q ₂ /5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

חום שנספג על ידי המערכת :

Q1 = W + Q2 ₌ 1800 + 3000 = 4800 _ג'אול

התשובה הנכונה היא ג'.

6. מנוע קרנו מקבל חום ממאגר בטמפרטורה גבוהה ב-800 קלווין ובעל יעילות של 50%. כדי להשיג יעילות של 80% תוך שמירה על טמפרטורת המאגר הנמוכה, יש להמיר את המאגר בטמפרטורה הגבוהה ל....

א. 1.600 אלף

ב. 2.000 אלף

כ-2.400 אלף

ד. 4.000 אלף

מזרח 6.400 אלף

דִיוּן

ידוע כי:

אם הטמפרטורה הגבוהה (TH ₎ = 800 קלווין, היעילות (e) = 50% = 0,5

שאלה: מהי הטמפרטורה הגבוהה ביותר (TH ₎ כך שהיעילות (e) = 80% = 0,8

תשובה:

טמפרטורה נמוכה = 400 קלווין

מהי הטמפרטורה הגבוהה ביותר (TH ₎ כך שהיעילות (e) = 80%?

טמפרטורה גבוהה = 2.000 קלווין

התשובה הנכונה היא ב'.

7. למנוע קרנו הפועל על מיכל בטמפרטורה גבוהה של 600 קלווין יש יעילות של 40%. כדי להשיג יעילות של 75% כאשר מיכל הטמפרטורה הנמוכה נשאר קבוע, יש להגדיל את מיכל הטמפרטורה הגבוהה ל...

א. 480 אלף

ב. 840 אלף

כ-900 אלף

ד. 1028 אלף

מזרח 1440 אלף

דִיוּן

ידוע כי:

אם הטמפרטורה הגבוהה (TH ₎ = 600 קלווין, היעילות (e) = 40% = 0,4

שאלה: מהי הטמפרטורה הגבוהה ביותר (TH ₎ כך שהיעילות (e) = 75% = 0,75

תשובה:

טמפרטורה נמוכה = 360 קלווין

מהי הטמפרטורה הגבוהה ביותר (TH ₎ כך שהיעילות (e) = 75%?

טמפרטורה גבוהה = 1440 קלווין

התשובה הנכונה היא ה'.

8. מנוע קרנו מקבל חום ממאגר בעל טמפרטורה גבוהה בטמפרטורה של 800 קלווין ובעל יעילות של 50%. כדי להשיג יעילות של 80% תוך שמירה על טמפרטורת המאגר הנמוכה, יש להמיר את המאגר בעל הטמפרטורה הגבוהה ל...

א. 1.600 אלף
ב. 2.000 אלף
כ-2.400 אלף
ד. 4.000 אלף
מזרח 6.400 אלף

דִיוּן
ידוע כי:
אם הטמפרטורה הגבוהה (TH) = 800 K, היעילות (e) = 50% = 0,5
שאלה: מהי הטמפרטורה הגבוהה ביותר (TH) כך שהיעילות (e) = 80% = 0,8
תשובה:
טמפרטורה נמוכה = 400 קלווין

מהי הטמפרטורה הגבוהה (TH) כך שהיעילות (e) = 80%?
טמפרטורה גבוהה = 2.000 קלווין
התשובה הנכונה היא ב'.

9. למנוע קרנו הפועל על מיכל בטמפרטורה גבוהה של 600 קלווין יש יעילות של 40%. כדי להשיג יעילות של 75% כאשר מיכל הטמפרטורה הנמוכה נשאר קבוע, יש להגדיל את מיכל הטמפרטורה הגבוהה ל...

א. 480 אלף
ב. 840 אלף
כ-900 אלף
ד. 1028 אלף
מזרח 1440 אלף

דִיוּן
ידוע כי:
אם הטמפרטורה הגבוהה (TH) = 600 K, היעילות (e) = 40% = 0,4
שאלה: מהי הטמפרטורה הגבוהה ביותר (TH) כך שהיעילות (e) = 75% = 0,75
תשובה:
טמפרטורה נמוכה = 360 קלווין

מהי הטמפרטורה הגבוהה (TH) כך שהיעילות (e) = 75%?
טמפרטורה גבוהה = 1440 קלווין
התשובה הנכונה היא ה'.

10. יעילותו של מנוע קרנו שסופג חום בטמפרטורה של 1200 קלווין ודוחה חום בטמפרטורה של 300 קלווין היא...

דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת_H) = 1200 אלף
טמפרטורה נמוכה (טמפרטורת_L) = 300 אלף
נשאל יעילות מנוע קרנו (e)
ג'וואב :
11. מנוע קרנו פועל במחזור שבין 727^oג ו-127^oג. המנוע סופג 6000 ג'אול של חום ממאגר בטמפרטורה גבוהה. יעילות המנוע והעבודה שהמנוע מבצע במחזור אחד הן...

דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת_H) = 727^oC + 273 = 1000 קלווין
טמפרטורה נמוכה (טמפרטורת_L) = 127^oC + 273 = 400 קלווין
חום נספג (Q_H) = 6000 ג'אול
נשאל יעילות (e) ועבודה (W) שנעשית על ידי המנוע במחזור אחד
ג'וואב :
יעילות מנוע קרנו :
עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו :
W = e Q_H
W = (0,6)(6000)
W = 3600 ג'אול

12. מנוע קרנו פועל בין מיכל בטמפרטורה גבוהה של 527^oC ומאגר טמפרטורה נמוכה 127^oג. מנוע קרנו סופג 10.000 ג'אול של חום ממאגר חם. כמות החום הנפלטת על ידי המנוע בכל מחזור היא...
דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת_H) = 527^oC + 273 = 800 קלווין
טמפרטורה נמוכה (טמפרטורת_L) = 127^oC + 273 = 400 קלווין
חום נספג (Q_H) = 10.000 ג'אול
נשאל חום שנדחה על ידי המנוע לכל מחזור
ג'וואב :
יעילות של מנוע חום אידיאלי (מנוע קרנו):
עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו:
W = e Q₁
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 ג'אול
החום שמשתחרר על ידי המנוע בכל מחזור (Q_L) = חום שנספג (Q_H) – עבודה שנעשתה (W)
Q_L = Q_H - וו
Q_L = 10.000 - 5000
Q_L = 5000 ג'אול
חום שפוזרו על ידי המנוע לכל מחזור = 5000 ג'אול

13. קבע את היעילות והעבודה שמבצע מנוע קרנו במחזור אחד על סמך הגרף שלהלן...
דִיוּן

זה ידוע :
טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת_H) = 800 אלף
טמפרטורה נמוכה (טמפרטורת_L) = 300 אלף
חום נספג (Q_H) = 1000 ג'אול
נשאל יעילות (e) ועבודה (W) שנעשית על ידי מנוע קרנו
ג'וואב :
יעילות מנוע קרנו :
עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו :
W = e Q_H
W = (0,625)(1000)
W = 625 ג'אול

14. התבוננו בגרף מחזור קרנו ABCDA למטה!
בהתבסס על הנתונים בגרף, יעילות מנוע קרנו היא...

א. 10%
ב. 20%
כ-25%
ד. 30%
ה. 35%

דִיוּן
זה ידוע :
סוהו נמוך (T_L) = 350 אלף
טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת_H) = 500 אלף
נשאל יעילות מנוע קרנו (e)
ג'וואב :

יעילות מנוע קרנו:
ה = (T_H ת_L) / ת_H
ה = (500 – 350) / 500
ה = 150 / 500
e = 0,3
ה = 30/100 = 30%
התשובה הנכונה היא ד'.

15. בגרף ה-PV הבא של מנוע קרנו, מאגר הטמפרטורה הגבוהה הוא 600 קלווין והטמפרטורה הנמוכה היא 400 קלווין. אם מַאֲמָץ הכוח שנעשה על ידי המנוע הוא W, אז החום המשתחרר בטמפרטורה נמוכה הוא...

א.וו
ב. 2 מערב
ג. 3 מערב
ד. 4 מערב
מזרח 6 מערב

דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורה נמוכה (טמפרטורת_L) = 400 אלף
טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת_H) = 600 אלף
נשאל חום המשתחרר בטמפרטורות נמוכות (Q₂)
ג'וואב :
יעילות מנוע קרנו :
ה = (T_H ת_L) / ת_H
ה = (600 – 400) / 600
ה = 200 / 600
ה = 1/3
עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו :
W = e Q₁
תיאור: W = עבודה שנעשית על ידי המכונה, e = יעילות המכונה, Q₁ = חום שנספג על ידי המכונה.
W = (1/3)(Q₁)
3W = Q₁
Kאלור משתחרר בטמפרטורות נמוכות :
Q₂ = Q₁ - וו
Q₂ = 3W–W
Q₂ = 2W
התשובה הנכונה היא ב'.

16. גרף ה-PV של מחזור קרנו נראה כמו האיור הבא. אם חוֹם אשר משתחרר לסביבה 3.000 ג'אול, אז החום הנספג על ידי המערכת הוא...
א. 3.000 ג'ול
ב. 4.000 ג'ול
כ-4.800 ג'ול
ד. 6.000 ג'ול
מזרח 8.000 ג'ול
דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורה נמוכה (טמפרטורת_L) = 500 אלף
טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת_H) = 800 אלף
חום המשתחרר (Q₂) = 3000 ג'אול
נשאל חום שנספג על ידי המערכת (Q₁)
ג'וואב :
יעילות מנוע קרנו :
ה = (T_H ת_L) / ת_H
ה = (800 – 500) /8600
ה = 300 / 800
ה = 3/8
עבודה שנעשית על ידי מנוע קרנו :
W = e Q₁
W = (3/8)(Q₁)
8W/3 = Q₁
 
Q₂ = Q₁ - וו
Q₂ = 8W/3 – 3W/3
Q₂ = 5W/3
3Q₂ = 5W
W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Kאלור נספג על ידי המערכת :
Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 ג'אול
התשובה הנכונה היא ג'.

מקור השאלה:

שאלות בפיזיקה בבחינה הארצית לחטיבת ביניים/תיכון מקצועי