Карно қозғалтқышының мысалы – идеалды жылу қозғалтқышы (термодинамиканың екінші заңын қолдану)

16 Карно қозғалтқыштарының мысалдары – идеалды жылу қозғалтқыштары (термодинамиканың екінші заңын қолдану)

1. Карно қозғалтқышының бүйіріндегі P-V графигіне қараңыз! Егер сіңірілген жылу (Q1 ₎ = 10 000 джоуль болса, онда Карно қозғалтқышының атқаратын жұмыс көлемі...

A. 1.500 Дж

B. 4.000 Дж

C. 5.000 Дж

D. 6.000 Дж

E. 8.000 Дж

Талқылау

Белгілі болғандай :

Төмен температура (T2 ₎ = 400 К

Жоғары температура (T1 ₎ = 800 К

Жылу сіңіру (Q ₁ ) = 10.000 Джоуль

Қажетті : Carnot қозғалтқышымен жасалған жұмыс (W)

Жауап :

Идеал жылу қозғалтқышының (Карно қозғалтқышының) ПӘК-і:

Карно қозғалтқышының атқаратын жұмысы:

W = e Q ₁

W = (1/2)(10 000) = 5000 Джоуль

Дұрыс жауап - C.

2. Бүйірдегі суретке қараңыз! Қозғалтқыштың бір циклде атқаратын жұмыс көлемі...

A. 300 Дж

B. 400 Дж

C. 500 Дж

D. 600 Дж

E. 700 Дж

Талқылау

Белгілі болғандай:

Төмен температура (TL ₎ = 400 К

Жоғары температура (TH ₎ = 600 К

Жылу сіңіру (Q ₁ ) = 600 Джоуль

Қажетті : Carnot қозғалтқышымен жасалған жұмыс (W)

Жауап:

Идеал жылу қозғалтқышының (Карно қозғалтқышының) ПӘК-і:

Карно қозғалтқышының атқаратын жұмысы:

W = e Q ₁

W = (1/3)(10 000) = 200 Джоуль

Дұрыс жауап - Е.

3. Төмендегі ABCDA Карно циклінің графигін қараңыз! Графиктегі деректерге сүйене отырып, Карно қозғалтқышының ПӘК-і...

A. 10%

B. 20%

C. 25%

D. 30%

E. 35%

Талқылау

Белгілі болғандай :

Төмен температура (TL ₎ = 350 К

Жоғары температура (TH ₎ = 500 К

Сұрақ : Карно қозғалтқышының тиімділігі (e)

Жауап :

Карно қозғалтқышының тиімділігі:

e = (TH _– TH ₎ / _TH

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

е = 0,3

e = 30/100 = 30%

Дұрыс жауап - D.

4. Карно қозғалтқышының келесі фотоэлектрлік қуат графигінде жоғары температуралы резервуар 600 К, ал төменгі температура 400 К. Егер қозғалтқыштың атқаратын жұмысы Вт болса, онда төмен температурада бөлінетін жылу...

А. В.

B. 2 W

C. 3 Вт

D. 4 W

Шығыс 6 батыс

Талқылау

Белгілі болғандай :

Төмен температура (TL ₎ = 400 К

Жоғары температура (TH ₎ = 600 К

Сұрақ : Төмен температурада бөлінетін жылу ( _Q2 )

Жауап :

Карно қозғалтқышының тиімділігі :

e = (TH _– TH ₎ / _TH

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Карно қозғалтқышымен орындалатын жұмыс :

W = e Q ₁

Сипаттамасы: W = машинаның атқаратын жұмысы, e = машинаның ПӘК, Q1 ₌ машина сіңіретін жылу.

W = (1/3)(Q ₁ )

3W = Q ₁

Төмен температурада бөлінетін жылу :

С ₂ = С ₁ – W

Q ₂ = 3W – W

Q ₂ = 2W

Дұрыс жауап - B.

5. Карно циклінің фотоэлектрлік графигі келесі суретке ұқсайды. Егер қоршаған ортаға 3.000 Джоуль жылу бөлінсе, онда жүйе сіңірген жылу...

A. 3.000 Дж

B. 4.000 Дж

C. 4.800 Дж

D. 6.000 Дж

E. 8.000 Дж

Талқылау

Белгілі болғандай :

Төмен температура (TL ₎ = 500 К

Жоғары температура (TH ₎ = 800 К

Бөлінген жылу (Q2 ₎ = 3000 Джоуль

Сұрақ : Жүйе сіңіретін жылу ( _Q1 )

Жауап :

Карно қозғалтқышының тиімділігі :

e = (TH _– TH ₎ / _TH

e = (800 – 500) /8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Карно қозғалтқышымен орындалатын жұмыс :

W = e Q ₁

W = (3/8)(Q ₁ )

8W/3 = Q ₁

С ₂ = С ₁ – W

Q ₂ = 8W/3 – 3W/3

Q ₂ = 5 Вт/3

3Q ₂ = 5W

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

Жүйе сіңіретін жылу :

Q ₁ = W + Q ₂ = 1800 + 3000 = 4800 Джоуль

Дұрыс жауап - C.

6. Carnot қозғалтқышы 800 К температурадағы жоғары температуралы резервуардан жылу алады және оның ПӘК-і 50% құрайды. Резервуардың төмен температурасын сақтай отырып, 80% тиімділікке жету үшін жоғары температуралы резервуарды ... түрлендіру керек.

A. 1.600 мың

B. 2.000 K

C. 2.400 K

D. 4.000 K

E. 6.400 K

Талқылау

Белгілі болғандай:

Егер жоғары температура (TH ₎ = 800 К болса, ПӘК (e) = 50% = 0,5

Сұрақ: Тиімділік (e) = 80% = 0,8 болатындай ең жоғары температура (TH ₎ қандай?

Жауап:

Төмен температура = 400 Кельвин

Тиімділігі (e) = 80% болатындай жоғары температура (TH ₎ қандай ?

Жоғары температура = 2.000 Кельвин

Дұрыс жауап - B.

7. 600 К температурада жоғары температуралы резервуарда жұмыс істейтін Carnot қозғалтқышының ПӘК-і 40% құрайды. Төмен температуралы резервуар тұрақты болып қалғанда 75% тиімділікке жету үшін жоғары температуралы резервуарды ... дейін арттыру керек.

A. 480 мың

B. 840 K

C. 900 K

D. 1028 K

E. 1440 K

Талқылау

Белгілі болғандай:

Егер жоғары температура (TH ₎ = 600 К болса, ПӘК (e) = 40% = 0,4

Сұрақ: Тиімділік (e) = 75% = 0,75 болатындай ең жоғары температура (TH ₎ қандай?

Жауап:

Төмен температура = 360 Кельвин

Тиімділігі (e) = 75% болатындай жоғары температура (TH ₎ қандай ?

Жоғары температура = 1440 Кельвин

Дұрыс жауап - Е.

8. Carnot қозғалтқышы 800 К температурадағы жоғары температуралы резервуардан жылу алады және оның ПӘК-і 50% құрайды. Резервуардың төмен температурасын сақтай отырып, 80% тиімділікке жету үшін жоғары температуралы резервуарды ... түрлендіру керек.

A. 1.600 мың
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K

Талқылау
Белгілі болғандай:
Егер жоғары температура (TH) = 800 К болса, тиімділік (e) = 50% = 0,5
Сұрақ: Тиімділік (e) = 80% = 0,8 болатындай ең жоғары температура (TH) қандай?
Жауап:
Төмен температура = 400 Кельвин

Тиімділігі (e) = 80% болатындай жоғары температура (TH) қандай?
Жоғары температура = 2.000 Кельвин
Дұрыс жауап - B.

9. 600 К температурада жоғары температуралы резервуарда жұмыс істейтін Carnot қозғалтқышының ПӘК-і 40% құрайды. Төмен температуралы резервуар тұрақты болып қалғанда 75% тиімділікке жету үшін жоғары температуралы резервуарды ... дейін арттыру керек.

A. 480 мың
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K

Талқылау
Белгілі болғандай:
Егер жоғары температура (TH) = 600 К болса, тиімділік (e) = 40% = 0,4
Сұрақ: Тиімділік (e) = 75% = 0,75 болатындай ең жоғары температура (TH) қандай?
Жауап:
Төмен температура = 360 Кельвин

Тиімділігі (e) = 75% болатындай жоғары температура (TH) қандай?
Жоғары температура = 1440 Кельвин
Дұрыс жауап - Е.

10. 1200 Кельвин температурасында жылуды сіңіріп, 300 Кельвин температурасында жылуды бөліп шығаратын Карно қозғалтқышының ПӘК-і...

Талқылау
Ол белгілі :
Жоғары температура (T_H) = 1200 K
Төмен температура (T_L) = 300 K
Сұралған Карно қозғалтқышының тиімділігі (e)
Джаваб :
11. Карно қозғалтқышы 727 аралығында циклде жұмыс істейді^oC және 127^oC. Қозғалтқыш жоғары температуралы резервуардан 6000 Дж жылу сіңіреді. Қозғалтқыштың тиімділігі және қозғалтқыштың бір циклде атқаратын жұмысы...

Талқылау
Ол белгілі :
Жоғары температура (T_H) = 727^oC + 273 = 1000 K
Төмен температура (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Жылу сіңіру (Q_H) = 6000 Джоуль
Сұралған Қозғалтқыштың бір циклде атқаратын ПӘК (e) және жұмысы (W)
Джаваб :
Карно қозғалтқышының тиімділігі :
Карно қозғалтқышымен орындалатын жұмыс :
W = e Q_H
W = (0,6)(6000)
W = 3600 Джоуль

12. Карно қозғалтқышы 527 жоғары температуралы резервуар арасында жұмыс істейді^oC және төмен температуралы резервуар 127^oC. Карно қозғалтқышы ыстық резервуардан 10 000 Дж жылу сіңіреді. Қозғалтқыш әр циклде шығаратын жылу мөлшері...
Талқылау
Ол белгілі :
Жоғары температура (T_H) = 527^oC + 273 = 800 K
Төмен температура (T_L) = 127^oC + 273 = 400 K
Жылу сіңіру (Q_H) = 10.000 Джоуль
Сұралған Қозғалтқыш цикл сайын бөліп шығаратын жылу
Джаваб :
Идеал жылу қозғалтқышының (Карно қозғалтқышының) ПӘК-і:
Карно қозғалтқышының атқаратын жұмысы:
W = e Q₁
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 Джоуль
Қозғалтқыштың бір циклде бөлінетін жылу мөлшері (Q)_L) = жылу сіңіру (Q_H) – орындалған жұмыс (W)
Q_L = Q_H - В.
Q_L = 10.000 - 5000
Q_L = 5000 Джоуль
Қозғалтқыштың бір циклде бөліп шығаратын жылу мөлшері = 5000 Дж

13. Төмендегі графикке сүйене отырып, Карно қозғалтқышының бір циклдегі тиімділігі мен жұмысын анықтаңыз...
Талқылау

Ол белгілі :
Жоғары температура (T_H) = 800 K
Төмен температура (T_L) = 300 K
Жылу сіңіру (Q_H) = 1000 Джоуль
Сұралған Карно қозғалтқышының тиімділігі (e) және жұмысы (W)
Джаваб :
Карно қозғалтқышының тиімділігі :
Карно қозғалтқышымен орындалатын жұмыс :
W = e Q_H
W = (0,625)(1000)
W = 625 Джоуль

14. Төмендегі Карно циклінің ABCDA графигіне қараңыз!
Графиктегі мәліметтерге сүйене отырып, Карно қозғалтқышының тиімділігі...

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

Талқылау
Ол белгілі :
Суху төмен (T_L) = 350 K
Жоғары температура (T_H) = 500 K
Сұралған Карно қозғалтқышының тиімділігі (e)
Джаваб :

Карно қозғалтқышының тиімділігі:
e = (T_H - Т_L) / Т_H
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
е = 0,3
e = 30/100 = 30%
Дұрыс жауап - D.

15. Карно қозғалтқышының келесі фотоэлектрлік графикінде жоғары температуралы резервуар 600 К, ал төменгі температура 400 К құрайды. Егер бизнес қозғалтқышпен жасалған жылу Вт, содан кейін төмен температурада бөлінетін жылу...

А. В.
B. 2 W
C. 3 Вт
D. 4 W
Шығыс 6 батыс

Талқылау
Ол белгілі :
Төмен температура (T_L) = 400 K
Жоғары температура (T_H) = 600 K
Сұралған Төмен температурада бөлінетін жылу (Q₂)
Джаваб :
Карно қозғалтқышының тиімділігі :
e = (T_H - Т_L) / Т_H
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Карно қозғалтқышымен орындалатын жұмыс :
W = e Q₁
Сипаттамасы: W = машинаның атқаратын жұмысы, e = машинаның тиімділігі, Q₁ = машина сіңіретін жылу.
W = (1/3)(Q₁)
3W = Q₁
KАлор төмен температурада бөлінеді :
Q₂ = Q₁ - В.
Q₂ = 3W– W
Q₂ = 2 Вт
Дұрыс жауап - B.

16. Карно циклінің PV графигі келесі суретке ұқсайды. Егер жылу ол қоршаған ортаға 3.000 Джуль бөлініп шығады, содан кейін жүйе сіңіретін жылу...
A. 3.000 Дж
B. 4.000 Дж
C. 4.800 Дж
D. 6.000 Дж
E. 8.000 Дж
Талқылау
Ол белгілі :
Төмен температура (T_L) = 500 K
Жоғары температура (T_H) = 800 K
Бөлінген жылу (Q₂) = 3000 Джоуль
Сұралған Жүйе сіңіретін жылу (Q₁)
Джаваб :
Карно қозғалтқышының тиімділігі :
e = (T_H - Т_L) / Т_H
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Карно қозғалтқышымен орындалатын жұмыс :
W = e Q₁
W = (3/8)(Q₁)
8W/3 = Q₁
 
Q₂ = Q₁ - В.
Q₂ = 8Вт/3 – 3Вт/3
Q₂ = 5 Вт/3
3Q₂ = 5 Вт
W = 3Q₂/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
KАлор жүйе сіңіреді :
Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 Джоуль
Дұрыс жауап - C.

Сұрақ көзі:

Жоғары сынып/кәсіптік орта мектепке арналған физикадан ұлттық емтихан сұрақтары