Siltuma dzinēja piemērs (termodinamikas otrā likuma pielietojums)

9 Siltuma dzinēja problēmu piemēri (termodinamikas otrā likuma pielietojums)

1. Vienā ciklā dzinējs absorbē 3000 džoulu siltuma no augstas temperatūras rezervuāra un atdod 1000 džoulu siltuma zemas temperatūras rezervuāram. Nosakiet siltumdzinēja efektivitāti!

Diskusija
Siltuma dzinējs Šīs lapas jautājumos lietotais termins "karno" nav tas pats, kas Karno dzinējs. Karno dzinējs ir ideāls siltumdzinējs un pastāv tikai teorētiski. Turpretī šajā jautājumā minētais siltumdzinējs ir reāls siltumdzinējs, nevis teorētisks siltumdzinējs (Karno dzinējs).
Ir zināms :
Absorbētais siltums (Q_H) = 10 000 džoulu
Izdalītais siltums (Q_L) = 10 000 džoulu
Mašīnas radītais darbs (W) = 3000 – 1000 = 2000 džouli
Jautāts Siltuma dzinēja efektivitāte (e)
Jawab :

2. Siltuma dzinējs viena cikla laikā saražo 2000 džoulu darba un atdod 500 džoulu siltuma. Dzinēja efektivitāte ir…

Diskusija
Ir zināms :
Mašīnas radītais darbs (W) = 2000 džouli
Izdalītais siltums (Q_L) = 10 000 džoulu
Absorbētais siltums (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 džouli
Jautāts Siltuma dzinēja efektivitāte (e)
Jawab :

3. Automašīnas dzinēja efektivitāte ir 30 %. Ja dzinējs ciklā rada 10 000 džoulu darba, cik daudz siltuma dzinējs atdod vienā ciklā?
Diskusija
Ir zināms :
Efektivitāte (e) = 30% = 30/100 = 0,3
Mašīnas radītais darbs (W) = 3000 džouli
Jautāts Dzinēja katrā ciklā izkliedētais siltums (Q_L)
Jawab :
Aprēķiniet absorbēto siltumu (Q_H), izmantojot siltumdzinēja efektivitātes formulu (e):
Siltuma izkliede ciklā (Q_L) = absorbētais siltums (Q_H) – radītais darbs (W)
Q_L = 10 000 džoulu – 3000 džoulu
Q_L = 7000 džouli

Siltuma dzinēju efektivitāte, Karno dzinēji

4. Siltuma dzinējs absorbē 3.000 džoulu siltuma no augstas temperatūras rezervuāra un nodod 2.400 džoulu zemas temperatūras rezervuārā. Dzinēja efektivitāte ir ….
A. 10%
B. 15%
C. 20%
D. 30%
E. 40%
Diskusija:
Ir zināms :
Q_H = 3000 džouli, Q_L = 2400 džouli.
Jautāts :
Siltuma dzinēja efektivitāte (e)?
Jawab :
Pareizā atbilde ir C.

5. Karno dzinējam ir augstas temperatūras rezervuārs 300 ^oC un zemas temperatūras rezervuārs 80 ^oC. Mašīnas efektivitāte ir…
A. 38%
B. 45%
C. 50%
D. 58%
E. 67%
Diskusija:
Ir zināms :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
Ja temperatūra ir zināma Celsija mērvienībās, tā jāpārveido Kelvina mērvienībās (Kelvins ir Starptautiskā temperatūras mērvienību sistēma).
Jautāts :
Karno dzinēja efektivitāte (e)?
Jawab :

Pareizā atbilde ir A.

6. Karno dzinēja rezervuāra augstā temperatūra ir 600 K, un tā efektivitāte ir 60%. Lai sasniegtu 70% efektivitāti, Karno dzinēja rezervuāra augstajai temperatūrai ir jābūt...
A. 500 K
B. 800 K
Aptuveni 1000 K
D. 1200 K
E. 1500 K
Diskusija:
Ir zināms :
1. dati: T_H = 600 K, e = 60%
2. dati: T_H = …. K?, e = 70 %
Jautāts :
Augsta temperatūra (T_H)
Jawab :
Izmantojiet 1. datu, lai aprēķinātu zemo temperatūru (T_L).
Izmantojiet T_L un 2. datus, lai aprēķinātu augsto temperatūru (T_H):
Lai sasniegtu 70% efektivitāti, augstā temperatūra = 800 kelvini.
Pareizā atbilde ir B.

7. Apskatiet zemāk redzamo Karno dzinēja PV grafiku. Ja W = 5000 džouli, tad dzinēja izdalītā siltuma daudzums vienā ciklā ir...
A. 336 000 džoulu
B. 259 200 džouli
Aptuveni 554 400 džouli
D. 543 600 džouli
E. 5.600 džouli

Diskusija:
Ir zināms :
W = 5000 džouli
T_H = 780 K
T_L = 320 K
Jautāts :
Q₂ ?
Jawab :
Karno dzinēja efektivitāte:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
Darba veikšanai tiek izmantoti tikai 59% siltuma. Izmantojiet šos datus, lai aprēķinātu Karno dzinēja absorbēto siltumu (Q₁).
(0,59)(Q)₁) = 10 000 džoulu
Q₁ = 5000 džouli/0,59 = 8475 džouli
Dzinēja absorbētā siltuma daudzums ir 8475 džouli.
Dzinēja izdalītā siltuma daudzums vienā ciklā:
W = Q₁ – J₂
5000 džouli = 8475 džouli – Q₂
Q₂ = 10 000 džoulu – 5000 džoulu
Q₂ = 3475 džouli
Pareizā atbilde ir B.

8. Apskatiet zemāk redzamo Karno dzinēja PV diagrammu! Ja absorbētais siltums (Q₁) = 8000 džouli, tad Karno dzinēja paveiktais darbs ir…
A. 525 000 džauli
B. 420 000 džauli
Aptuveni 150 000 džaulu
D. 21 000 džauli
E. 8840 J

Diskusija:
Ir zināms :
Q₁ = 8000 J
T_H = 820 K
T_L = 380 K
Jautāts :
W?
Jawab :
Karno dzinēja efektivitāte:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
Tikai 54% siltuma tiek izmantoti darba veikšanai. Izmantojiet šos datus, lai aprēķinātu Karno dzinēja paveikto darbu (W).
(0,59)(8000) = 4720 džouli
Karno dzinēja paveiktais darbs ir 4720 džouli.
Pareizā atbilde ir B.

9. Karno dzinējs darbojas starp 520 ℃ siltuma rezervuāru ^oC un aukstā rezervuāra 110 ^oC. Ja ierīce no karstā rezervuāra absorbē 3000 džoulu siltuma, tad no ierīces izvadītā siltuma daudzums ir...
A. 450 džouli
B. 800 džouli
Aptuveni 1000 minūtes
D. 1200 džouli
E. 1440 džouli
Diskusija:
Ir zināms :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000 J
Jautāts :
Q₂ = … ?
Jawab :
Karno dzinēja efektivitāte:
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Izmantojiet šos datus, lai aprēķinātu motora paveikto darbu (W).
(0,52)(3000) = 1560 džouli
Mašīnas veiktais darbs ir 1560 džouli.
Dzinēja izdalītais siltuma daudzums:
Q₂ = 10 000 džoulu – 1560 džoulu
Q₂ = 1440 džouli
Dzinēja izdalītā siltuma jauda ir 1440 džouli.