სითბური ძრავის მაგალითი (თერმოდინამიკის მეორე კანონის გამოყენება)

თბოძრავის პრობლემების 9 მაგალითი (თერმოდინამიკის მეორე კანონის გამოყენება)

1. ერთი ციკლის განმავლობაში, ძრავა მაღალი ტემპერატურის რეზერვუარიდან შთანთქავს 3000 ჯოულ სითბოს და დაბალი ტემპერატურის რეზერვუარში გადასცემს 1000 ჯოულ სითბოს. განსაზღვრეთ სითბური ძრავის ეფექტურობა!

დისკუსია
სითბური ძრავა ამ გვერდზე მოცემულ კითხვებში გამოყენებული ტერმინი „კარნო“ არ არის იგივე, რაც კარნოს ძრავა. კარნოს ძრავა იდეალური სითბური ძრავაა და მხოლოდ თეორიულად არსებობს. ამის საპირისპიროდ, ამ კითხვაში ნახსენები სითბური ძრავა რეალური სითბური ძრავაა და არა თეორიული სითბური ძრავა (კარნოს ძრავა).
დიკეტაჰუი :
შთანთქმული სითბო (Q_H) = 3000 ჯოული
გამოყოფილი სითბო (Q_L) = 1000 ჯოული
მანქანის მიერ წარმოებული სამუშაო (W) = 3000 – 1000 = 2000 ჯოული
იკითხა : სითბური ძრავის ეფექტურობა (e)
ჯავაბი :

2. სითბური ძრავა ერთ ციკლში გამოიმუშავებს 2000 ჯოულ მუშაობას და გამოყოფს 500 ჯოულ სითბოს. ძრავის ეფექტურობაა…

დისკუსია
დიკეტაჰუი :
მანქანის მიერ წარმოებული სამუშაო (W) = 2000 ჯოული
გამოყოფილი სითბო (Q_L) = 5000 ჯოული
შთანთქმული სითბო (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 ჯოული
იკითხა : სითბური ძრავის ეფექტურობა (e)
ჯავაბი :

3. ავტომობილის ძრავის ეფექტურობა 30%-ია. თუ ძრავა ციკლში 10.000 ჯოულ მუშაობას გამოიმუშავებს, რამდენ სითბოს გამოყოფს ძრავა ციკლში?
დისკუსია
დიკეტაჰუი :
ეფექტურობა (ე) = 30% = 30/100 = 0,3
მანქანის მიერ წარმოებული სამუშაო (W) = 3000 ჯოული
იკითხა ძრავის მიერ თითოეული ციკლის განმავლობაში გამოყოფილი სითბო (Q_L)
ჯავაბი :
გამოთვალეთ შთანთქმული სითბო (Q)_H) სითბური ძრავის ეფექტურობის ფორმულის (e) გამოყენებით:
ციკლში გაფანტული სითბო (Q_L) = შთანთქმული სითბო (Q_H) – გენერირებული სამუშაო (W)
Q_L = 10.000 ჯოული – 3000 ჯოული
Q_L = 7000 ჯოული

სითბური ძრავების ეფექტურობა, კარნოს ძრავები

4. სითბური ძრავა მაღალი ტემპერატურის რეზერვუარიდან შთანთქავს 3.000 ჯოულ სითბოს და დაბალი ტემპერატურის რეზერვუარში გადასცემს 2.400 ჯოულს. ძრავის ეფექტურობაა ....
ა. 10%
ბ. 15%
გ. 20%
დ. 30%
ე. 40%
დისკუსია:
დიკეტაჰუი :
Q_H = 3000 ჯოული, Q_L = 2400 ჯოული.
იკითხა :
სითბური ძრავის ეფექტურობა (e)?
ჯავაბი :
სწორი პასუხია C.

5. კარნოს ძრავას აქვს 300-ის მაღალი ტემპერატურის რეზერვუარი ^oC და დაბალი ტემპერატურის რეზერვუარი 80 ^oგ. მანქანის ეფექტურობაა…
ა. 38%
ბ. 45%
გ. 50%
დ. 58%
ე. 67%
დისკუსია:
დიკეტაჰუი :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
თუ ტემპერატურა ცნობილია ცელსიუსის ერთეულებში, ის უნდა გადაიყვანოთ კელვინის ერთეულებში (კელვინი არის ტემპერატურის საზომი ერთეულების საერთაშორისო სისტემა).
იკითხა :
კარნოს ძრავის ეფექტურობა (e)?
ჯავაბი :

სწორი პასუხია A.

6. კარნოს ძრავის რეზერვუარის მაღალი ტემპერატურა 600 K-ია, ხოლო მისი ეფექტურობა 60%. 70%-იანი ეფექტურობის მისაღწევად, კარნოს ძრავის რეზერვუარის მაღალი ტემპერატურა უნდა იყოს...
ა. 500 ათასი
ბ. 800 ათასი
დაახლოებით 1000 კ
დ. 1200 ათასი
E. 1500 კ
დისკუსია:
დიკეტაჰუი :
მონაცემები 1: T_H = 600 კ, e = 60%
მონაცემები 2: T_H = …. K?, e = 70 %
იკითხა :
მაღალი ტემპერატურა (T_H)
ჯავაბი :
გამოიყენეთ მონაცემები 1 დაბალი ტემპერატურის (T) გამოსათვლელად_L).
გამოიყენეთ T_L და მონაცემები 2 მაღალი ტემპერატურის (T) გამოსათვლელად_H):
70%-იანი ეფექტურობის მისაღწევად, მაღალი ტემპერატურა = 800 კელვინი.
სწორი პასუხია B.

7. შეხედეთ ქვემოთ მოცემულ კარნოს ძრავის PV გრაფიკს. თუ W = 5000 ჯოული, მაშინ ძრავის მიერ ციკლში გამოყოფილი სითბოს რაოდენობაა...
ა. 2.315 ჯოული
ბ. 3.475 ჯოული
დაახლოებით 3.750 ჯოული
დ. 5.000 ჯოული
E. 5.600 ჯოული

დისკუსია:
დიკეტაჰუი :
W = 5000 ჯოული
T_H = 780 კ
T_L = 320 კ
იკითხა :
Q₂ ?
ჯავაბი :
კარნოტის ძრავის ეფექტურობა:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
სითბოს მხოლოდ 59% გამოიყენება სამუშაოს შესასრულებლად. გამოიყენეთ ეს მონაცემები კარნოს ძრავის მიერ შთანთქმული სითბოს გამოსათვლელად (Q₁).
(0,59)(Q₁) = 5000 ჯოული
Q₁ = 5000 ჯოული/0,59 = 8475 ჯოული
ძრავის მიერ შთანთქმული სითბოს რაოდენობა 8475 ჯოულია.
ძრავის მიერ გამოყოფილი სითბოს რაოდენობა ციკლში:
W = Q₁ – ქ₂
5000 ჯოული = 8475 ჯოული – Q₂
Q₂ = 8475 ჯოული – 5000 ჯოული
Q₂ = 3475 ჯოული
სწორი პასუხია B.

8. შეხედეთ ქვემოთ მოცემულ კარნოს ძრავის PV დიაგრამას! თუ შთანთქმული სითბო (Q₁) = 8000 ჯოული, მაშინ კარნოს ძრავის მიერ შესრულებული მუშაობაა…
ა. 1640 ჯ
ბ. 4720 ჯ.
დაახლოებით 5640 ჯ
დ. 6270 ჯ
E. 8840 J

დისკუსია:
დიკეტაჰუი :
Q₁ = 8000 ჯ
T_H = 820 კ
T_L = 380 კ
იკითხა :
ვ?
ჯავაბი :
კარნოტის ძრავის ეფექტურობა:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
სითბოს მხოლოდ 54% გამოიყენება სამუშაოს შესასრულებლად. გამოიყენეთ ეს მონაცემები კარნოს ძრავის (W) მიერ შესრულებული სამუშაოს გამოსათვლელად.
(0,59)(8000) = 4720 ჯოული
კარნოს ძრავის მიერ შესრულებული სამუშაო 4720 ჯოულია.
სწორი პასუხია B.

9. კარნოს ძრავა მუშაობს 520 სიმძლავრის სითბოს რეზერვუარში. ^oC და ცივი რეზერვუარი 110 ^oგ. თუ მანქანა ცხელი რეზერვუარიდან 3000 ჯოულ სითბოს შთანთქავს, მაშინ მანქანიდან გამოყოფილი სითბოს რაოდენობაა...
ა. 450 ჯოული
ბ. 800 ჯოული
დაახლოებით 1000 წუთი
დ. 1200 ჯოული
E. 1440 ჯოული
დისკუსია:
დიკეტაჰუი :
T_H = 520 + 273 = 793 კ
T_L = 110 + 273 = 383 კ
Q₁ = 3000 ჯ
იკითხა :
Q₂ = … ?
ჯავაბი :
კარნოტის ძრავის ეფექტურობა:
e = 1 - (383/793) = 1 - 0,48 = 0,52
გამოიყენეთ ეს მონაცემები ძრავის მიერ შესრულებული სამუშაოს (W) გამოსათვლელად.
(0,52)(3000) = 1560 ჯოული
მანქანის მიერ შესრულებული სამუშაო 1560 ჯოულია.
ძრავის მიერ გამოყოფილი სითბოს რაოდენობა:
Q₂ = 3000 ჯოული – 1560 ჯოული
Q₂ = 1440 ჯოული
ძრავის მიერ გამოყოფილი სითბო 1440 ჯოულია.