Жылу қозғалтқышының мысалы (термодинамиканың екінші заңын қолдану)

9 Жылу қозғалтқышының есептерінің мысалдары (термодинамиканың екінші заңын қолдану)

1. Бір циклде қозғалтқыш жоғары температуралы резервуардан 3000 Дж жылу сіңіреді және 1000 Дж жылуды төмен температуралы резервуарға жібереді. Жылу қозғалтқышының тиімділігін анықтаңыз!

Талқылау
Жылу қозғалтқышы Осы беттегі сұрақтардағы «карно» термині Карно қозғалтқышымен бірдей емес. Карно қозғалтқышы - идеалды жылу қозғалтқышы және тек теориялық тұрғыдан ғана бар. Керісінше, осы сұрақта айтылған жылу қозғалтқышы - теориялық жылу қозғалтқышы емес (Карно қозғалтқышы), нақты жылу қозғалтқышы.
Ол белгілі :
Жылу сіңіру (Q_H) = 3000 Джоуль
Бөлінген жылу (Q_L) = 1000 Джоуль
Машинамен өндірілген жұмыс (W) = 3000 – 1000 = 2000 Джоуль
Сұралған Жылу қозғалтқышының ПӘК (e)
Джаваб :

2. Жылу қозғалтқышы бір циклде 2000 Дж жұмыс өндіріп, 500 Дж жылуды бөліп шығарады. Қозғалтқыштың ПӘК-і...

Талқылау
Ол белгілі :
Машинамен өндірілген жұмыс (W) = 2000 Джоуль
Бөлінген жылу (Q_L) = 5000 Джоуль
Жылу сіңіру (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 Джоуль
Сұралған Жылу қозғалтқышының ПӘК (e)
Джаваб :

3. Автокөлік қозғалтқышының ПӘК-і 30% құрайды. Егер қозғалтқыш бір циклде 10 000 Дж жұмыс өндірсе, қозғалтқыш бір циклде қанша жылу бөліп шығарады?
Талқылау
Ол белгілі :
Тиімділік (e) = 30% = 30/100 = 0,3
Машинамен өндірілген жұмыс (W) = 3000 Джоуль
Сұралған Қозғалтқыш әрбір циклде бөліп шығаратын жылу мөлшері (Q_L)
Джаваб :
Жұтылған жылуды есептеңіз (Q)_H) жылу қозғалтқышының тиімділік формуласын (e) қолдана отырып:
Бір циклде бөлінетін жылу (Q)_L) = жылу сіңіру (Q_H) – жасалған жұмыс (W)
Q_L = 10 000 Джоуль – 3 000 Джоуль
Q_L = 7000 Джоуль

Жылу қозғалтқыштарының тиімділігі, Карно қозғалтқыштары

4. Жылу қозғалтқышы жоғары температуралы резервуардан 3.000 Дж жылуды сіңіреді және 2.400 Дж жылуды төмен температуралы резервуарға қайтарады. Қозғалтқыштың ПӘК-і ....
A. 10%
B. 15%
C. 20%
D. 30%
E. 40%
Талқылау:
Ол белгілі :
Q_H = 3000 Джоуль, Q_L = 2400 Джоуль.
Сұралған :
Жылу қозғалтқышының ПӘК (e) мәні?
Джаваб :
Дұрыс жауап - C.

5. Carnot қозғалтқышының жоғары температуралы резервуары 300 ^oC және төмен температуралы резервуар 80 ^oC. Машинаның тиімділігі ...
A. 38%
B. 45%
C. 50%
D. 58%
E. 67%
Талқылау:
Ол белгілі :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
Егер температура Цельсий бірліктерінде белгілі болса, оны Кельвин бірліктеріне айналдыру керек (Кельвин - температура бірліктерінің халықаралық жүйесі).
Сұралған :
Карно қозғалтқышының тиімділігі (e)?
Джаваб :

Дұрыс жауап - А.

6. Карно қозғалтқышының резервуарының жоғары температурасы 600 К, ал оның ПӘК-і 60%. 70% тиімділікке жету үшін Карно қозғалтқышының резервуарының жоғары температурасы... болуы керек.
A. 500 мың
B. 800 K
C. 1000 K
D. 1200 K
E. 1500 K
Талқылау:
Ол белгілі :
Деректер 1: T_H = 600 K, e = 60%
Деректер 2: T_H = …. K?, e = 70 %
Сұралған :
Жоғары температура (T_H)
Джаваб :
Төмен температураны (T) есептеу үшін 1 деректерін пайдаланыңыз_L).
T пайдаланыңыз_L және жоғары температураны (T) есептеу үшін 2-ші деректер_H):
70% тиімділікке жету үшін жоғары температура = 800 Кельвин.
Дұрыс жауап - B.

7. Төмендегі Карно қозғалтқышының фотоэлектрлік қуат графигін қараңыз. Егер W = 5000 Джоуль болса, онда қозғалтқыштың бір циклде бөліп шығаратын жылу мөлшері...
A. 2.315 Джоуль
B. 3.475 Джоуль
C. 3.750 Джоуль
D. 30 000 Джоуль
E. 5.600 Джоуль

Талқылау:
Ол белгілі :
W = 5000 Джоуль
T_H = 780 К
T_L = 320 К
Сұралған :
Q₂ ?
Джаваб :
Карно қозғалтқышының тиімділігі:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
Жылудың тек 59%-ы жұмыс істеуге жұмсалады. Бұл деректерді Карно қозғалтқышы сіңіретін жылуды есептеу үшін пайдаланыңыз (Q₁).
(0,59)(Q)₁) = 5000 Джоуль
Q₁ = 5000 Джоуль/0,59 = 8475 Джоуль
Қозғалтқыш сіңіретін жылу мөлшері 8475 Джоуль.
Қозғалтқыштың бір циклде бөлінетін жылу мөлшері:
W = Q₁ – С₂
5000 Джоуль = 8475 Джоуль – Q₂
Q₂ = 10 000 Джоуль – 3 000 Джоуль
Q₂ = 3475 Джоуль
Дұрыс жауап - B.

8. Төмендегі Карно қозғалтқышының фотоэлектрлік диаграммасын қараңыз! Егер жылу сіңірілсе (Q₁) = 8000 Джоуль болса, онда Карно қозғалтқышының атқаратын жұмысы...
A. 1640 Дж
B. 4720 Дж
C. 5640 Дж
D. 6270 Дж
E. 8840 Дж

Талқылау:
Ол белгілі :
Q₁ = 79 480 Дж
T_H = 820 К
T_L = 380 К
Сұралған :
W?
Джаваб :
Карно қозғалтқышының тиімділігі:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
Жылудың тек 54%-ы ғана жұмыс істеуге жұмсалады. Бұл деректерді Карно қозғалтқышының жұмысын (Вт) есептеу үшін пайдаланыңыз.
(0,59)(8000) = 4720 Джоуль
Карно қозғалтқышының атқарған жұмысы 4720 Дж.
Дұрыс жауап - B.

9. Карно қозғалтқышы 520 жылу резервуары арасында жұмыс істейді ^oC және суық резервуар 110 ^oC. Егер машина ыстық резервуардан 3000 Дж жылу сіңірсе, онда машинадан шығарылған жылу мөлшері...
A. 450 джоуль
B. 800 джоуль
C. 1000 минут
D. 1200 джоуль
E. 1440 джоуль
Талқылау:
Ол белгілі :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 79 480 Дж
Сұралған :
Q₂ = … ?
Джаваб :
Карно қозғалтқышының тиімділігі:
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Бұл деректерді пайдаланып, қозғалтқыштың атқарған жұмысын (Вт) есептеңіз.
(0,52)(3000) = 1560 Джоуль
Машинаның атқаратын жұмысы 1560 Джоуль.
Қозғалтқыштан бөлінетін жылу мөлшері:
Q₂ = 10 000 Джоуль – 3 000 Джоуль
Q₂ = 1440 Джоуль
Қозғалтқыштан бөлінетін жылу мөлшері 1440 Дж.