열기관의 예 (열역학 제2법칙의 적용)

9. 열기관 문제의 예 (열역학 제2법칙의 적용)

1. 한 사이클 동안 엔진은 고온 열원에서 3000줄의 열을 흡수하고 저온 열원으로 1000줄의 열을 방출합니다. 이 열기관의 효율을 구하세요!

논의
열 엔진 이 페이지의 질문에서 사용된 "카르노"라는 용어는 카르노 기관과 같은 의미가 아닙니다. 카르노 기관은 이상적인 열기관으로 이론적으로만 존재합니다. 반면에 이 질문에서 언급된 열기관은 실제 존재하는 열기관이며, 이론적인 열기관(카르노 기관)이 아닙니다.
알려져 있다 :
흡수된 열(Q)_H) = 3000 줄
방출된 열(Q)_L) = 1000 줄
기계가 생산한 일(W) = 3000 – 1000 = 2000 줄
질문했습니다 : 열기관의 효율(e)
자와브 :

2. 열기관이 한 사이클 동안 2000줄의 일을 하고 500줄의 열을 방출합니다. 이 열기관의 효율은 얼마입니까?

논의
알려져 있다 :
기계가 생산한 일(W) = 2000 줄
방출된 열(Q)_L) = 5000 줄
흡수된 열(Q)_H) = 2000 + 5000 = 7000 줄
질문했습니다 : 열기관의 효율(e)
자와브 :

3. 자동차 엔진의 효율이 30%입니다. 엔진이 한 사이클 동안 10.000줄의 일을 한다면, 한 사이클 동안 엔진이 방출하는 열량은 얼마입니까?
논의
알려져 있다 :
효율(e) = 30% = 30/100 = 0,3
기계가 생산한 일(W) = 3000 줄
질문했습니다 엔진이 매 사이클마다 방출하는 열량(Q)_L)
자와브 :
흡수된 열량(Q)을 계산하세요._H열기관의 효율 공식(e)을 사용하여 다음과 같이 계산합니다.
주기당 방출되는 열량(Q)_L) = 흡수된 열량(Q)_H) – 생성된 작업량(W)
Q_L = 10.000 줄 – 3000 줄
Q_L = 7000 줄

열기관의 효율, 카르노 기관

4. 열기관이 고온 열원에서 3.000줄의 열을 흡수하고 저온 열원으로 2.400줄의 열을 방출합니다. 이 열기관의 효율은 ….
A. 10%
B. 15%
C. 20%
D. 30%
이. 40%
논의 :
알려져 있다 :
Q_H = 3000 줄, Q_L = 2400 줄.
질문했습니다 :
열기관의 효율(e)은 얼마입니까?
자와브 :
정답은 C입니다.

5. 카르노 기관은 300도의 고온 저장소를 가지고 있습니다. ^oC 및 저온 저장소 80 ^oC. 기계의 효율은…
A. 38%
B. 45%
C. 50%
D. 58%
이. 67%
논의 :
알려져 있다 :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
온도가 섭씨 단위로 알려져 있다면 켈빈 단위로 변환해야 합니다(켈빈은 국제 온도 단위계입니다).
질문했습니다 :
카르노 기관의 효율(e)은 얼마입니까?
자와브 :

정답은 A입니다.

6. 카르노 기관의 냉각수 저장조 최고 온도는 600K이고 효율은 60%입니다. 70%의 효율을 달성하려면 카르노 기관의 냉각수 저장조 최고 온도는 어떻게 되어야 할까요?
A. 500 K
B. 800 K
C. 1000 K
D. 1200 K
동 1500 K
논의 :
알려져 있다 :
데이터 1 : T_H = 600 K, e = 60%
데이터 2 : T_H = …. K ?, e = 70 %
질문했습니다 :
고온(T)_H)
자와브 :
데이터 1을 사용하여 최저 온도(T)를 계산하십시오._L).
T를 사용하세요_L 그리고 데이터 2를 사용하여 고온(T)을 계산합니다._H) :
70%의 효율을 달성하려면 고온은 800켈빈이어야 합니다.
정답은 B입니다.

7. 아래 카르노 기관의 PV 그래프를 보세요. W = 5000 줄이라면, 기관이 한 사이클 동안 방출하는 열량은 얼마입니까?
A. 2.315줄
B. 3.475줄
C. 3.750 줄
D. 5.000 줄
5.600줄

논의 :
알려져 있다 :
W = 5000 줄
T_H = 780K
T_L = 320K
질문했습니다 :
Q₂ ?
자와브 :
카르노 기관 효율:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
열의 59%만이 일을 하는 데 사용됩니다. 이 데이터를 이용하여 카르노 기관이 흡수한 열량(Q)을 계산하세요.₁).
(0,59)(Q₁) = 5000 줄
Q₁ = 5000 줄/0,59 = 8475 줄
엔진이 흡수한 열량은 8475줄입니다.
엔진이 한 사이클 동안 방출하는 열량:
W = Q₁ – 질문₂
5000 줄 = 8475 줄 – Q₂
Q₂ = 8475 줄 – 5000 줄
Q₂ = 3475 줄
정답은 B입니다.

8. 아래 카르노 기관의 PV 다이어그램을 보세요! 흡수된 열량(Q)이₁) = 8000 줄이라면 카르노 기관이 한 일은…
A. 1640 J
B. 4720 J
C. 5640 J
D. 6270 J
E. 8840 J

논의 :
알려져 있다 :
Q₁ = 8000J
T_H = 820K
T_L = 380K
질문했습니다 :
W?
자와브 :
카르노 기관 효율:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
열의 54%만이 일을 하는 데 사용됩니다. 이 데이터를 이용하여 카르노 기관이 한 일(W)을 계산하세요.
(0,59)(8000) = 4720 줄
카르노 기관이 한 일은 4720 줄입니다.
정답은 B입니다.

9. 카르노 기관은 520의 열 저장소 사이에서 작동합니다. ^oC 및 냉각 저장소 110 ^oC. 만약 기계가 뜨거운 열원으로부터 3000줄의 열을 흡수한다면, 기계에서 방출되는 열량은 얼마입니까?
A. 450줄
B. 800줄
C. 1000분
D. 1200 줄
예: 1440 줄
논의 :
알려져 있다 :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000J
질문했습니다 :
Q₂ = … ?
자와브 :
카르노 기관 효율:
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
이 데이터를 이용하여 엔진이 한 일(W)을 계산하십시오.
(0,52)(3000) = 1560 줄
엔진이 한 일은 1560줄입니다.
엔진에서 방출되는 열량:
Q₂ = 3000 줄 – 1560 줄
Q₂ = 1440 줄
엔진에서 방출되는 열량은 1440줄입니다.