Eżempju ta' magna tas-sħana (applikazzjoni tat-tieni liġi tat-termodinamika)

9 Eżempji ta' problemi ta' magni tas-sħana (applikazzjoni tat-tieni liġi tat-termodinamika)

1. F'ċiklu wieħed, magna tassorbi 3000 Joules ta' sħana minn riżerva b'temperatura għolja u tirrifjuta 1000 Joules ta' sħana għal riżerva b'temperatura baxxa. Iddetermina l-effiċjenza tal-magna tas-sħana!

Diskussjoni
Magna tas-sħana It-terminu "carnot" fil-mistoqsijiet f'din il-paġna mhuwiex l-istess bħall-magna Carnot. Magna Carnot hija magna tas-sħana ideali u teżisti biss teoretikament. B'kuntrast, il-magna tas-sħana msemmija f'din il-mistoqsija hija magna tas-sħana reali, mhux magna tas-sħana teoretika (il-magna Carnot).
Huwa magħruf :
Sħana assorbita (Q_H) = 3000 Joule
Sħana rilaxxata (Q_L) = 1000 Joule
Xogħol prodott mill-magna (W) = 3000 – 1000 = 2000 Joules
Mistoqsi : Effiċjenza tal-magna tas-sħana (e)
Jawab :

2. Magna tas-sħana tipproduċi 2000 Joules ta' xogħol u tirrifjuta 500 Joules ta' sħana f'ċiklu wieħed. L-effiċjenza tal-magna hija...

Diskussjoni
Huwa magħruf :
Xogħol prodott mill-magna (W) = 2000 Joules
Sħana rilaxxata (Q_L) = 5000 Joule
Sħana assorbita (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 Joule
Mistoqsi : Effiċjenza tal-magna tas-sħana (e)
Jawab :

3. Magna ta' karozza għandha effiċjenza ta' 30%. Jekk il-magna tipproduċi 10.000 Joules ta' xogħol għal kull ċiklu, kemm sħana tiġi rrifjutata mill-magna għal kull ċiklu?
Diskussjoni
Huwa magħruf :
Effiċjenza (e) = 30% = 30/100 = 0,3
Xogħol prodott mill-magna (W) = 3000 Joules
Mistoqsi Is-sħana li tinħela mill-magna f'kull ċiklu (Q_L)
Jawab :
Ikkalkula s-sħana assorbita (Q_H) bl-użu tal-formula tal-effiċjenza (e) ta' magna tas-sħana:
Sħana mxerrda għal kull ċiklu (Q_L) = sħana assorbita (Q_H) – xogħol iġġenerat (W)
Q_L = 10.000 Joules – 3000 Joules
Q_L = 7000 Joules

L-effiċjenza tal-magni tas-sħana, magni Carnot

4. Magna tas-sħana tassorbi 3.000 Joules ta’ sħana minn riżerva b’temperatura għolja u tirrifjuta 2.400 Joules għal riżerva b’temperatura baxxa. L-effiċjenza tal-magna hija ….
A. 10%
B. 15%
Ċ. 20%
D. 30%
E. 40%
Diskussjoni:
Huwa magħruf :
Q_H = 3000 Joules, Q_L = 2400 Joules.
Mistoqsi :
Effiċjenza (e) ta' magna tas-sħana?
Jawab :
It-tweġiba korretta hija Ċ.

5. Magna Carnot għandha riżerva ta' temperatura għolja ta' 300 ^oĊ u r-riżervwar ta' temperatura baxxa 80 ^oC. L-effiċjenza tal-magna hija…
A. 38%
B. 45%
Ċ. 50%
D. 58%
E. 67%
Diskussjoni:
Huwa magħruf :
T_L = 80^oĊ = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oĊ = (300 + 273) K = 573 K
Jekk it-temperatura hija magħrufa f'unitajiet Celsius, trid tiġi konvertita għal unitajiet Kelvin (Kelvin hija s-Sistema Internazzjonali ta' unitajiet għat-temperatura).
Mistoqsi :
Effiċjenza (e) ta' magna Carnot?
Jawab :

It-tweġiba korretta hija A.

6. It-temperatura għolja tar-riżervwar tal-magna Carnot hija ta' 600 K u l-effiċjenza tagħha hija ta' 60%. Biex tinkiseb effiċjenza ta' 70%, it-temperatura għolja tar-riżervwar tal-magna Carnot trid tkun...
A. 500 K
B. 800 K
Ċ. 1000 K
D. 1200 K
E. 1500 K
Diskussjoni:
Huwa magħruf :
Dejta 1: T_H = 600 K, e = 60%
Dejta 2: T_H = …. K ?, e = 70%
Mistoqsi :
Temperatura għolja (T_H)
Jawab :
Uża d-dejta 1 biex tikkalkula t-temperatura baxxa (T_L).
Uża T_L u d-dejta 2 biex tikkalkula t-temperatura għolja (T_H):
Biex tinkiseb effiċjenza ta' 70%, it-temperatura għolja = 800 Kelvin.
It-tweġiba korretta hija B.

7. Ħares lejn il-graff PV tal-magna Carnot hawn taħt. Jekk W = 5000 Joules, allura l-ammont ta' sħana rilaxxata mill-magna għal kull ċiklu huwa...
A. 2.315 Joule
B. 3.475 Joule
Ċ. 3.750 Joule
D. 5.000 Joule
E. 5.600 Joule

Diskussjoni:
Huwa magħruf :
W = 5000 Joule
T_H = 780 K
T_L = 320 K
Mistoqsi :
Q₂ ?
Jawab :
Effiċjenza tal-magna Carnot:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
59% biss tas-sħana tintuża biex tagħmel xogħol. Uża din id-dejta biex tikkalkula s-sħana assorbita mill-magna Carnot (Q₁).
(0,59)(Q₁) = 5000 Joule
Q₁ = 5000 Joules/0,59 = 8475 Joules
L-ammont ta' sħana assorbita mill-magna huwa ta' 8475 Joules.
L-ammont ta' sħana rilaxxata mill-magna għal kull ċiklu:
W = Q₁ –Q₂
5000 Joules = 8475 Joules – Q₂
Q₂ = 8475 Joules – 5000 Joules
Q₂ = 3475 Joules
It-tweġiba korretta hija B.

8. Ħares lejn id-dijagramma PV tal-magna Carnot hawn taħt! Jekk is-sħana assorbita (Q₁) = 8000 Joules allura x-xogħol magħmul mill-magna Carnot huwa…
A. 1640 J
B. 4720 J
Ċ. 5640 J
D. 6270 J
E. 8840 J

Diskussjoni:
Huwa magħruf :
Q₁ = 8000 J
T_H = 820 K
T_L = 380 K
Mistoqsi :
W?
Jawab :
Effiċjenza tal-magna Carnot:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
54% biss tas-sħana tintuża biex tagħmel xogħol. Uża din id-dejta biex tikkalkula x-xogħol li jsir mill-magna Carnot (W).
(0,59)(8000) = 4720 Joules
Ix-xogħol li jsir mill-magna Carnot huwa ta' 4720 Joules.
It-tweġiba korretta hija B.

9. Magna Carnot taħdem bejn riżerva tas-sħana ta' 520 ^oĊ u r-riżervwar kiesaħ 110 ^oC. Jekk il-magna tassorbi 3000 Joules ta' sħana mir-riżervwar sħun, allura l-ammont ta' sħana miċħuda mill-magna huwa...
A. 450 joules
B. 800 joule
Ċ. 1000 minuta
D. 1200 joules
E. 1440 joules
Diskussjoni:
Huwa magħruf :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000 J
Mistoqsi :
Q₂ = … ?
Jawab :
Effiċjenza tal-magna Carnot:
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Uża din id-dejta biex tikkalkula x-xogħol li jsir mill-magna (W)
(0,52)(3000) = 1560 Joules
Ix-xogħol li tagħmel il-magna huwa ta' 1560 Joules.
L-ammont ta' sħana li toħroġ il-magna:
Q₂ = 3000 Joules – 1560 Joules
Q₂ = 1440 Joules
Is-sħana li toħroġ il-magna hija ta' 1440 Joules.