ഒരു താപ എഞ്ചിന്റെ ഉദാഹരണം (താപവൈദ്യശാസ്ത്രത്തിന്റെ രണ്ടാം നിയമത്തിന്റെ പ്രയോഗം)

9 ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ പ്രശ്നങ്ങളുടെ ഉദാഹരണങ്ങൾ (തെർമോഡൈനാമിക്സിന്റെ രണ്ടാം നിയമത്തിന്റെ പ്രയോഗം)

1. ഒരു ചക്രത്തിൽ, ഒരു എഞ്ചിൻ ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു റിസർവോയറിൽ നിന്ന് 3000 ജൂൾ താപം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും 1000 ജൂൾ താപം താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു റിസർവോയറിലേക്ക് നിരസിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഹീറ്റ് എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുക!

ചർച്ച
ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ ഈ പേജിലെ ചോദ്യങ്ങളിലെ "കാർണോട്ട്" എന്ന പദം കാർണോട്ട് എഞ്ചിന് തുല്യമല്ല. ഒരു കാർണോട്ട് എഞ്ചിൻ ഒരു ആദർശ താപ എഞ്ചിനാണ്, അത് സൈദ്ധാന്തികമായി മാത്രമേ നിലനിൽക്കുന്നുള്ളൂ. ഇതിനു വിപരീതമായി, ഈ ചോദ്യത്തിൽ പരാമർശിച്ചിരിക്കുന്ന താപ എഞ്ചിൻ ഒരു യഥാർത്ഥ താപ എഞ്ചിനാണ്, ഒരു സൈദ്ധാന്തിക താപ എഞ്ചിൻ (കാർണോട്ട് എഞ്ചിൻ) അല്ല.
അറിയപ്പെടുന്നത് :
ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന താപം (Q_H) = 3000 ജൂളുകൾ
പുറത്തുവിടുന്ന താപം (Q_L) = 1000 ജൂളുകൾ
യന്ത്രം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ജോലി (W) = 3000 – 1000 = 2000 ജൂൾസ്
ചോദിച്ചു : ഹീറ്റ് എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത (e)
ജവാബ് :

2. ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ ഒരു സൈക്കിളിൽ 2000 ജൂൾ ജോലി ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും 500 ജൂൾ താപം നിരസിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത…

ചർച്ച
അറിയപ്പെടുന്നത് :
യന്ത്രം നിർമ്മിക്കുന്ന ജോലി (W) = 2000 ജൂൾസ്
പുറത്തുവിടുന്ന താപം (Q_L) = 5000 ജൂളുകൾ
ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന താപം (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 ജൂൾ
ചോദിച്ചു : ഹീറ്റ് എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത (e)
ജവാബ് :

3. ഒരു കാർ എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത 30% ആണ്. എഞ്ചിൻ ഓരോ സൈക്കിളിലും 10.000 ജൂൾ ജോലി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നുവെങ്കിൽ, എഞ്ചിൻ ഓരോ സൈക്കിളിലും എത്ര താപം നിരസിക്കുന്നു?
ചർച്ച
അറിയപ്പെടുന്നത് :
കാര്യക്ഷമത (e) = 30% = 30/100 = 0,3
യന്ത്രം നിർമ്മിക്കുന്ന ജോലി (W) = 3000 ജൂൾസ്
ചോദിച്ചു : എഞ്ചിൻ ഓരോ ചക്രത്തിലും പുറന്തള്ളുന്ന താപം (Q_L)
ജവാബ് :
ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന താപം കണക്കാക്കുക (Q_H) ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത ഫോർമുല (e) ഉപയോഗിച്ച്:
ഓരോ ചക്രത്തിലും വ്യാപിക്കുന്ന താപം (Q_L) = ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന താപം (Q_H) – സൃഷ്ടിച്ച ജോലി (W)
Q_L = 10.000 ജൂൾസ് – 3000 ജൂൾസ്
Q_L = 7000 ജൂൾ

ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത, കാർനോട്ട് എഞ്ചിനുകൾ

4. ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു റിസർവോയറിൽ നിന്ന് 3.000 ജൂൾ താപം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും 2.400 ജൂൾ താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു റിസർവോയറിലേക്ക് നിരസിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത ....
എ. 10%
ബി. 15%
സി. 20%
ഡി. 30%
ഇ. 40%
ചർച്ച :
അറിയപ്പെടുന്നത് :
Q_H = 3000 ജൂൾസ്, Q_L = 2400 ജൂളുകൾ.
ചോദിച്ചു :
ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത (e)?
ജവാബ് :
ശരിയായ ഉത്തരം സി ആണ്.

5. ഒരു കാർനോട്ട് എഞ്ചിന് 300 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് ഉയർന്ന താപനില റിസർവോയർ ഉണ്ട്. ^oസി, താഴ്ന്ന താപനില റിസർവോയർ 80 ^oസി. മെഷീനിന്റെ കാര്യക്ഷമത…
എ. 38%
ബി. 45%
സി. 50%
ഡി. 58%
ഇ. 67%
ചർച്ച :
അറിയപ്പെടുന്നത് :
T_L = 80^oസി = (80 + 273) കെ = 353 കെ
T_H = 300^oസി = (300 + 273) കെ = 573 കെ
താപനില സെൽഷ്യസ് യൂണിറ്റുകളിൽ അറിയാമെങ്കിൽ, അത് കെൽവിൻ യൂണിറ്റുകളിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യണം (താപനിലയ്ക്കുള്ള അന്താരാഷ്ട്ര യൂണിറ്റുകളുടെ സംവിധാനമാണ് കെൽവിൻ).
ചോദിച്ചു :
ഒരു കാർനോട്ട് എഞ്ചിന്റെ കാര്യക്ഷമത (ഇ)?
ജവാബ് :

ശരിയായ ഉത്തരം എ ആണ്.

6. കാർനോട്ട് എഞ്ചിൻ റിസർവോയറിന്റെ ഉയർന്ന താപനില 600 കെൽവിൻ ആണ്, അതിന്റെ കാര്യക്ഷമത 60% ആണ്. 70% കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കാൻ, കാർനോട്ട് എഞ്ചിൻ റിസർവോയറിന്റെ ഉയർന്ന താപനില...
എ. 500 കെ
ബി. 800 കെ
സി. 1000 കെ
ഡി. 1200 കെ
1500 കെ.
ചർച്ച :
അറിയപ്പെടുന്നത് :
ഡാറ്റ 1: ടി_H = 600 കെ, ഇ = 60%
ഡാറ്റ 2: ടി_H = …. കെ?, ഇ = 70 %
ചോദിച്ചു :
ഉയർന്ന താപനില (T_H)
ജവാബ് :
കുറഞ്ഞ താപനില കണക്കാക്കാൻ ഡാറ്റ 1 ഉപയോഗിക്കുക (T_L).
ടി ഉപയോഗിക്കുക_L ഉയർന്ന താപനില കണക്കാക്കാൻ ഡാറ്റ 2 ഉം (T_H):
70% കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കാൻ, ഉയർന്ന താപനില = 800 കെൽവിൻ.
ശരിയായ ഉത്തരം ബി ആണ്.

7. താഴെയുള്ള കാർനോട്ട് എഞ്ചിന്റെ പിവി ഗ്രാഫ് നോക്കുക. W = 5000 ജൂൾ ആണെങ്കിൽ, ഓരോ സൈക്കിളിലും എഞ്ചിൻ പുറത്തുവിടുന്ന താപത്തിന്റെ അളവ്...
എ. 2.315 ജൂൾ
ബി. 3.475 ജൂൾ
സി. 3.750 ജൂൾ
ഡി. 5.000 ജൂൾ
ഇ. 5.600 ജൂൾസ്

ചർച്ച :
അറിയപ്പെടുന്നത് :
പ = 5000 ജൂൾ
T_H = 780 കെ
T_L = 320 കെ
ചോദിച്ചു :
Q₂ ?
ജവാബ് :
കാർണോട്ട് എഞ്ചിൻ കാര്യക്ഷമത:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
ജോലി ചെയ്യാൻ താപത്തിന്റെ 59% മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കുന്നുള്ളൂ. കാർനോട്ട് എഞ്ചിൻ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന താപം കണക്കാക്കാൻ ഈ ഡാറ്റ ഉപയോഗിക്കുക (Q₁).
(0,59)(പ്രശ്‌നം₁) = 5000 ജൂളുകൾ
Q₁ = 5000 ജൂൾസ്/0,59 = 8475 ജൂൾസ്
എഞ്ചിൻ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന താപത്തിന്റെ അളവ് 8475 ജൂൾ ആണ്.
ഓരോ സൈക്കിളിലും എഞ്ചിൻ പുറത്തുവിടുന്ന താപത്തിന്റെ അളവ്:
പ = ക്യു₁ – ചോദ്യം₂
5000 ജൂൾസ് = 8475 ജൂൾസ് – Q₂
Q₂ = 8475 ജൂൾസ് – 5000 ജൂൾസ്
Q₂ = 3475 ജൂൾ
ശരിയായ ഉത്തരം ബി ആണ്.

8. താഴെയുള്ള കാർനോട്ട് എഞ്ചിന്റെ പിവി ഡയഗ്രം നോക്കൂ! താപം ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെട്ടാൽ (Q₁) = 8000 ജൂൾസ് എങ്കിൽ കാർനോട്ട് എഞ്ചിൻ ചെയ്യുന്ന ജോലി…
എ. 1640 ജെ
ബി. 4720 ജെ
സി. 5640 ജെ
ഡി. 6270 ജെ
ഇ. 8840 ജെ

ചർച്ച :
അറിയപ്പെടുന്നത് :
Q₁ = 8000 ജെ
T_H = 820 കെ
T_L = 380 കെ
ചോദിച്ചു :
ഡബ്ല്യു?
ജവാബ് :
കാർണോട്ട് എഞ്ചിൻ കാര്യക്ഷമത:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
ജോലി ചെയ്യാൻ താപത്തിന്റെ 54% മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കുന്നുള്ളൂ. കാർനോട്ട് എഞ്ചിൻ (W) ചെയ്യുന്ന ജോലി കണക്കാക്കാൻ ഈ ഡാറ്റ ഉപയോഗിക്കുക.
(0,59)(8000) = 4720 ജൂൾസ്
കാർനോട്ട് എഞ്ചിൻ ചെയ്യുന്ന ജോലി 4720 ജൂൾ ആണ്.
ശരിയായ ഉത്തരം ബി ആണ്.

9. ഒരു കാർനോട്ട് എഞ്ചിൻ 520 ഡിഗ്രി ഹീറ്റ് റിസർവോയറിന് ഇടയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ^oസി, കോൾഡ് റിസർവോയർ 110 ^oC. ചൂടുള്ള റിസർവോയറിൽ നിന്ന് യന്ത്രം 3000 ജൂൾ താപം ആഗിരണം ചെയ്താൽ, യന്ത്രത്തിൽ നിന്ന് നിരസിക്കപ്പെടുന്ന താപത്തിന്റെ അളവ്...
എ. 450 ജൂൾസ്
ബി. 800 ജൂൾസ്
സി. 1000 മിനിറ്റ്
ഡി. 1200 ജൂൾസ്
ഇ. 1440 ജൂൾസ്
ചർച്ച :
അറിയപ്പെടുന്നത് :
T_H = 520 + 273 = 793 കെ
T_L = 110 + 273 = 383 കെ
Q₁ = 3000 ജെ
ചോദിച്ചു :
Q₂ =…?
ജവാബ് :
കാർണോട്ട് എഞ്ചിൻ കാര്യക്ഷമത:
ഇ = 1 - (383/793) = 1 - 0,48 = 0,52
എഞ്ചിൻ ചെയ്ത ജോലി കണക്കാക്കാൻ ഈ ഡാറ്റ ഉപയോഗിക്കുക (W)
(0,52)(3000) = 1560 ജൂൾസ്
യന്ത്രം ചെയ്യുന്ന ജോലി 1560 ജൂൾ ആണ്.
എഞ്ചിൻ പുറത്തുവിടുന്ന താപത്തിന്റെ അളവ്:
Q₂ = 3000 ജൂൾസ് – 1560 ജൂൾസ്
Q₂ = 1440 ജൂൾ
എഞ്ചിൻ പുറത്തുവിടുന്ന താപം 1440 ജൂൾ ആണ്.