ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮದ ಅನ್ವಯ (ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ಉದಾಹರಣೆ)

9 ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಸಮಸ್ಯೆಗಳ ಉದಾಹರಣೆಗಳು (ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್‌ನ ಎರಡನೇ ನಿಯಮದ ಅನ್ವಯ)

1. ಒಂದು ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ, ಒಂದು ಎಂಜಿನ್ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಜಲಾಶಯದಿಂದ 3000 ಜೂಲ್‌ಗಳಷ್ಟು ಶಾಖವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಜಲಾಶಯಕ್ಕೆ 1000 ಜೂಲ್‌ಗಳಷ್ಟು ಶಾಖವನ್ನು ತಿರಸ್ಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಿ!

ಚರ್ಚೆ
ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಈ ಪುಟದಲ್ಲಿರುವ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಲ್ಲಿರುವ "ಕಾರ್ನೋಟ್" ಎಂಬ ಪದವು ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್‌ನಂತೆಯೇ ಅಲ್ಲ. ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ಒಂದು ಆದರ್ಶ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಆಗಿದ್ದು ಅದು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ಮಾತ್ರ ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಯಲ್ಲಿ ಉಲ್ಲೇಖಿಸಲಾದ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ನಿಜವಾದ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಆಗಿದೆ, ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಅಲ್ಲ (ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್).
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಶಾಖ (ಪ್ರ_H) = 3000 ಜೌಲ್
ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ ಶಾಖ (ಪ್ರ_L) = 1000 ಜೌಲ್
ಯಂತ್ರದಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಕೆಲಸ (W) = 3000 – 1000 = 2000 ಜೌಲ್‌ಗಳು
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ : ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆ (ಇ)
ಜವಾಬ್ :

2. ಒಂದು ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಒಂದು ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ 2000 ಜೂಲ್‌ಗಳ ಕೆಲಸವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು 500 ಜೂಲ್‌ಗಳ ಶಾಖವನ್ನು ತಿರಸ್ಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯು ...

ಚರ್ಚೆ
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
ಯಂತ್ರದಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಕೆಲಸ (W) = 2000 ಜೌಲ್‌ಗಳು
ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ ಶಾಖ (ಪ್ರ_L) = 5000 ಜೌಲ್
ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಶಾಖ (ಪ್ರ_H) = 2000 + 5000 = 7000 ಜೌಲ್
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ : ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆ (ಇ)
ಜವಾಬ್ :

3. ಒಂದು ಕಾರಿನ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯು 30%. ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರಕ್ಕೆ ಎಂಜಿನ್ 10.000 ಜೂಲ್‌ಗಳಷ್ಟು ಕೆಲಸವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಿದರೆ, ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರಕ್ಕೆ ಎಂಜಿನ್ ಎಷ್ಟು ಶಾಖವನ್ನು ತಿರಸ್ಕರಿಸುತ್ತದೆ?
ಚರ್ಚೆ
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
ದಕ್ಷತೆ (e) = 30% = 30/100 = 0,3
ಯಂತ್ರದಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಕೆಲಸ (W) = 3000 ಜೌಲ್‌ಗಳು
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ : ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ ಎಂಜಿನ್‌ನಿಂದ ಹೊರಹಾಕಲ್ಪಡುವ ಶಾಖ (Q_L)
ಜವಾಬ್ :
ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಶಾಖವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ (Q_H) ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯ ಸೂತ್ರ (e) ಬಳಸಿ:
ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರಕ್ಕೆ ಶಾಖವು ಕರಗುತ್ತದೆ (Q_L) = ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಶಾಖ (Q_H) – ಕೆಲಸ ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗಿದೆ (W)
Q_L = 10.000 ಜೂಲ್‌ಗಳು – 3000 ಜೂಲ್‌ಗಳು
Q_L = 7000 ಜೌಲ್

ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳ ದಕ್ಷತೆ, ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳು

4. ಒಂದು ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಜಲಾಶಯದಿಂದ 3.000 ಜೂಲ್‌ಗಳಷ್ಟು ಶಾಖವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು 2.400 ಜೂಲ್‌ಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ-ತಾಪಮಾನದ ಜಲಾಶಯಕ್ಕೆ ತಿರಸ್ಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯು ....
ಎ. 10%
ಬಿ. 15%
ಸಿ. 20%
ಡಿ. 30%
ಇ. 40%
ಚರ್ಚೆ :
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
Q_H = 3000 ಜೂಲ್‌ಗಳು, Q_L = 2400 ಜೌಲ್‌ಗಳು.
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ :
ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆ (ಇ)?
ಜವಾಬ್ :
ಸರಿಯಾದ ಉತ್ತರ ಸಿ.

5. ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ 300 ಡಿಗ್ರಿಗಳಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಜಲಾಶಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ^oಸಿ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಜಲಾಶಯ 80 ^oC. ಯಂತ್ರದ ದಕ್ಷತೆಯು…
ಎ. 38%
ಬಿ. 45%
ಸಿ. 50%
ಡಿ. 58%
ಇ. 67%
ಚರ್ಚೆ :
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
T_L = 80^oಸಿ = (80 + 273) ಕೆ = 353 ಕೆ
T_H = 300^oಸಿ = (300 + 273) ಕೆ = 573 ಕೆ
ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ಘಟಕಗಳಲ್ಲಿ ತಿಳಿದಿದ್ದರೆ, ಅದನ್ನು ಕೆಲ್ವಿನ್ ಘಟಕಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಬೇಕು (ಕೆಲ್ವಿನ್ ಎಂಬುದು ತಾಪಮಾನಕ್ಕಾಗಿ ಅಂತರರಾಷ್ಟ್ರೀಯ ಘಟಕಗಳ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಾಗಿದೆ).
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ :
ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆ (ಇ)?
ಜವಾಬ್ :

ಸರಿಯಾದ ಉತ್ತರ ಎ.

6. ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ಜಲಾಶಯದ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ 600 K ಮತ್ತು ಅದರ ದಕ್ಷತೆ 60%. 70% ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು, ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ಜಲಾಶಯದ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನವು...
ಎ. 500 ಕೆ
ಬಿ. 800 ಕೆ
ಸಿ. 1000 ಕೆ
ಡಿ. 1200 ಕೆ
ಇ. 1500 ಕೆ
ಚರ್ಚೆ :
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
ಡೇಟಾ 1: ಟಿ_H = 600 K, e = 60%
ಡೇಟಾ 2: ಟಿ_H = …. ಕೆ?, ಇ = 70 %
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ :
ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ (T_H)
ಜವಾಬ್ :
ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲು ಡೇಟಾ 1 ಅನ್ನು ಬಳಸಿ (T_L).
ಟಿ ಬಳಸಿ_L ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲು ಡೇಟಾ 2 (T_H):
70% ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು, ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ = 800 ಕೆಲ್ವಿನ್.
ಸರಿಯಾದ ಉತ್ತರ ಬಿ.

7. ಕೆಳಗಿನ ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್‌ನ PV ಗ್ರಾಫ್ ಅನ್ನು ನೋಡಿ. W = 5000 ಜೂಲ್‌ಗಳಾಗಿದ್ದರೆ, ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರಕ್ಕೆ ಎಂಜಿನ್ ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುವ ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣ...
ಎ. 2.315 ಜೌಲ್
ಬಿ. 3.475 ಜೌಲ್
ಸಿ. 3.750 ಜೌಲ್
ಡಿ. 5.000 ಜೌಲ್
ಇ. 5.600 ಜೂಲ್‌ಗಳು

ಚರ್ಚೆ :
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
W = 5000 ಜೌಲ್
T_H = 780 ಕೆ
T_L = 320 ಕೆ
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ :
Q₂ ?
ಜವಾಬ್ :
ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ದಕ್ಷತೆ:
e = 1 – (ಟಿ_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಕೇವಲ 59% ಶಾಖವನ್ನು ಮಾತ್ರ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಾಖವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲು ಈ ಡೇಟಾವನ್ನು ಬಳಸಿ (Q₁).
(0,59)(ಪ್ರಶ್ನೆ₁) = 5000 ಜೌಲ್
Q₁ = 5000 ಜೂಲ್‌ಗಳು/0,59 = 8475 ಜೂಲ್‌ಗಳು
ಎಂಜಿನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣ 8475 ಜೌಲ್‌ಗಳು.
ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರಕ್ಕೆ ಎಂಜಿನ್ ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುವ ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣ:
ಪ = ಪ್ರ₁ – ಪ್ರಶ್ನೆ₂
5000 ಜೌಲ್‌ಗಳು = 8475 ಜೌಲ್‌ಗಳು – Q₂
Q₂ = 8475 ಜೂಲ್‌ಗಳು – 5000 ಜೂಲ್‌ಗಳು
Q₂ = 3475 ಜೌಲ್
ಸರಿಯಾದ ಉತ್ತರ ಬಿ.

8. ಕೆಳಗಿನ ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್‌ನ PV ರೇಖಾಚಿತ್ರವನ್ನು ನೋಡಿ! ಶಾಖವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲಾಗಿದ್ದರೆ (Q₁) = 8000 ಜೂಲ್‌ಗಳು ಹಾಗಾದರೆ ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ಮಾಡುವ ಕೆಲಸ...
ಎ. 1640 ಜೆ
ಬಿ. 4720 ಜೆ
ಸಿ. 5640 ಜೆ
ಡಿ. 6270 ಜೆ
ಇ. 8840 ಜೆ

ಚರ್ಚೆ :
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
Q₁ = 8000 ಜೆ
T_H = 820 ಕೆ
T_L = 380 ಕೆ
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ :
ಡಬ್ಲ್ಯೂ?
ಜವಾಬ್ :
ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ದಕ್ಷತೆ:
e = 1 – (ಟಿ_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಕೇವಲ 54% ಶಾಖವನ್ನು ಮಾತ್ರ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ (W) ಮಾಡಿದ ಕೆಲಸವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲು ಈ ಡೇಟಾವನ್ನು ಬಳಸಿ.
(0,59)(8000) = 4720 ಜೌಲ್‌ಗಳು
ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ಮಾಡುವ ಕೆಲಸ 4720 ಜೌಲ್‌ಗಳು.
ಸರಿಯಾದ ಉತ್ತರ ಬಿ.

9. ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ 520 ಡಿಗ್ರಿ ಶಾಖ ಜಲಾಶಯದ ನಡುವೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ^oಸಿ ಮತ್ತು ಶೀತಲ ಜಲಾಶಯ 110 ^oC. ಯಂತ್ರವು ಬಿಸಿ ಜಲಾಶಯದಿಂದ 3000 ಜೌಲ್‌ಗಳಷ್ಟು ಶಾಖವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಂಡರೆ, ಯಂತ್ರದಿಂದ ತಿರಸ್ಕರಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣವು...
ಎ. 450 ಜೂಲ್‌ಗಳು
ಬಿ. 800 ಜೂಲ್‌ಗಳು
ಸಿ. 1000 ನಿಮಿಷಗಳು
ಡಿ. 1200 ಜೂಲ್‌ಗಳು
ಇ. 1440 ಜೂಲ್‌ಗಳು
ಚರ್ಚೆ :
ಇದು ತಿಳಿದಿದೆ :
T_H = 520 + 273 = 793 ಕೆ
T_L = 110 + 273 = 383 ಕೆ
Q₁ = 3000 ಜೆ
ಕೇಳಲಾಗಿದೆ :
Q₂ =…?
ಜವಾಬ್ :
ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ದಕ್ಷತೆ:
ಇ = 1 - (383/793) = 1 - 0,48 = 0,52
ಎಂಜಿನ್ (W) ಮಾಡಿದ ಕೆಲಸವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲು ಈ ಡೇಟಾವನ್ನು ಬಳಸಿ.
(0,52)(3000) = 1560 ಜೌಲ್‌ಗಳು
ಯಂತ್ರದಿಂದ ಮಾಡಲಾದ ಕೆಲಸ 1560 ಜೂಲ್‌ಗಳು.
ಎಂಜಿನ್ ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುವ ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣ:
Q₂ = 3000 ಜೂಲ್‌ಗಳು – 1560 ಜೂಲ್‌ಗಳು
Q₂ = 1440 ಜೌಲ್
ಎಂಜಿನ್ ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುವ ಶಾಖ 1440 ಜೌಲ್‌ಗಳು.