16 Przykładów silników Carnota – idealne silniki cieplne (zastosowanie drugiej zasady termodynamiki)
1. Spójrz na wykres P-V silnika Carnota z boku! Jeśli pochłonięte ciepło (Q1 ) = 10 000 dżuli, to ilość pracy wykonanej przez silnik Carnota wynosi…
A. 1.500 J 
B. 4.000 J
C. 5.000 J
D.6.000 J
E. 8.000 J
Pembahasan
Wiadomo, że :
Niska temperatura (T 2 ) = 400 K
Wysoka temperatura (T 1 ) = 800 K
Pochłonięte ciepło (Q 1 ) = 10.000 dżuli
Poszukiwane : Praca wykonana maszyną Carnota (W)
Odpowiedź :
Sprawność idealnego silnika cieplnego (silnika Carnota):
Praca wykonana przez silnik Carnota:
W = e Q 1
W = (1/2)(10.000) = 5000 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to C.
2. Spójrz na obrazek z boku! Ilość pracy wykonanej przez silnik w jednym cyklu wynosi…
A. 300 J
B. 400 J
C. 500 J
D.600 J
E. 700 J
Pembahasan
Wiadomo, że:
Niska temperatura (TL ) = 400 K
Wysoka temperatura (TH ) = 600 K
Pochłonięte ciepło (Q 1 ) = 600 dżuli
Poszukiwane : Praca wykonana maszyną Carnota (W)
Jawab:
Sprawność idealnego silnika cieplnego (silnika Carnota):
Praca wykonana przez silnik Carnota:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to E.
3. Spójrz na poniższy wykres cyklu Carnota ABCDA! Na podstawie danych z wykresu, sprawność silnika Carnota wynosi…
A. 10% 
B. 20%
ok. 25%
D.30%
E. 35%
Pembahasan
Wiadomo, że :
Niska temperatura (TL ) = 350 K
Wysoka temperatura (TH ) = 500 K
Pytanie : Sprawność silnika Carnota (e)
Odpowiedź :
Sprawność silnika Carnota:
e = (TH – TH ) / TH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
e = 0,3
e = 30/100 = 30%
Prawidłowa odpowiedź to D.
4. Na poniższym wykresie fotowoltaicznym silnika Carnota, zbiornik o wysokiej temperaturze ma 600 K, a zbiornik o niskiej temperaturze 400 K. Jeśli praca wykonana przez silnik wynosi W, to ciepło uwolnione w niskiej temperaturze wynosi...
A.W.
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W
Pembahasan
Wiadomo, że :
Niska temperatura (TL ) = 400 K
Wysoka temperatura (TH ) = 600 K
Pytanie : Ciepło uwalniane w niskiej temperaturze (Q 2 )
Odpowiedź :
Sprawność silnika Carnota :
e = (TH – TH ) / TH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Praca wykonana przez silnik Carnota :
W = e Q 1
Opis: W = praca wykonana przez maszynę, e = sprawność maszyny, Q 1 = ciepło pochłonięte przez maszynę.
W = (1/3)(Q 1 )
3W = Q 1
Ciepło uwalniane w niskich temperaturach :
Q2 = Q1 – W
Q2 = 3W – W
Q 2 = 2W
Prawidłowa odpowiedź to B.
5. Wykres fotowoltaiczny cyklu Carnota wygląda jak na poniższym rysunku. Jeśli do otoczenia zostanie uwolnione 3.000 dżuli ciepła, to ciepło pochłonięte przez układ wynosi…
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D.6.000 J
E. 8.000 J
Pembahasan
Wiadomo, że :
Niska temperatura (TL ) = 500 K
Wysoka temperatura (TH ) = 800 K
Uwolnione ciepło (Q 2 ) = 3000 dżuli
Pytanie : Ciepło pochłaniane przez układ (Q 1 )
Odpowiedź :
Sprawność silnika Carnota :
e = (TH – TH ) / TH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Praca wykonana przez silnik Carnota :
W = e Q 1
W = (3/8)(Q 1 )
8W/3 = Q 1
Q2 = Q1 – W
Q2 = 8W/3 – 3W/ 3
Q2 = 5W/ 3
3Q 2 = 5W
W = 3Q 2 /5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Ciepło absorbowane przez układ :
Q 1 = W + Q 2 = 1800 + 3000 = 4800 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to C.
6. Silnik Carnota pobiera ciepło z wysokotemperaturowego zbiornika o temperaturze 800 K i ma sprawność 50%. Aby osiągnąć sprawność 80% przy jednoczesnym utrzymaniu niskiej temperatury zbiornika, zbiornik wysokotemperaturowy musi zostać przekształcony w….
A. 1.600 tys.
B. 2.000 tys.
ok. 2.400 tys.
D. 4.000 tys.
E. 6.400 K
Pembahasan
Wiadomo, że:
Jeżeli wysoka temperatura (TH ) = 800 K, sprawność (e) = 50% = 0,5
Pytanie: Jaka jest najwyższa temperatura (TH ) , przy której sprawność (e) = 80% = 0,8
Jawab:
Niska temperatura = 400 kelwinów
Jaka jest najwyższa temperatura (TH ) , przy której sprawność (e) = 80%?
Wysoka temperatura = 2.000 kelwinów
Prawidłowa odpowiedź to B.
7. Silnik Carnota pracujący na rezerwuarze wysokotemperaturowym o temperaturze 600 K ma sprawność 40%. Aby osiągnąć sprawność 75% przy stałej temperaturze rezerwuaru niskotemperaturowego, należy zwiększyć temperaturę rezerwuaru wysokotemperaturowego do…
A. 480 tys.
B. 840 tys.
ok. 900 tys.
D. 1028 tys.
E. 1440 K
Pembahasan
Wiadomo, że:
Jeżeli wysoka temperatura (TH ) = 600 K, sprawność (e) = 40% = 0,4
Pytanie: Jaka jest najwyższa temperatura (TH ) , przy której sprawność (e) = 75% = 0,75
Jawab:
Niska temperatura = 360 kelwinów
Jaka jest najwyższa temperatura (TH ) , przy której sprawność (e) = 75%?
Wysoka temperatura = 1440 kelwinów
Prawidłowa odpowiedź to E.
8. Silnik Carnota pobiera ciepło z wysokotemperaturowego zbiornika o temperaturze 800 K i ma sprawność 50%. Aby osiągnąć sprawność 80% przy jednoczesnym utrzymaniu niskiej temperatury zbiornika, zbiornik wysokotemperaturowy musi zostać przekształcony w…
A. 1.600 tys.
B. 2.000 tys.
ok. 2.400 tys.
D. 4.000 tys.
E. 6.400 K
Pembahasan
Wiadomo, że:
Jeżeli wysoka temperatura (TH) = 800 K, sprawność (e) = 50% = 0,5
Pytanie: Jaka jest najwyższa temperatura (TH), przy której wydajność (e) = 80% = 0,8
Jawab:
Niska temperatura = 400 kelwinów
Jaka jest najwyższa temperatura (TH), przy której sprawność (e) = 80%?
Wysoka temperatura = 2.000 kelwinów
Prawidłowa odpowiedź to B.
9. Silnik Carnota pracujący na rezerwuarze wysokotemperaturowym o temperaturze 600 K ma sprawność 40%. Aby osiągnąć sprawność 75% przy stałej temperaturze rezerwuaru niskotemperaturowego, należy zwiększyć temperaturę rezerwuaru wysokotemperaturowego do…
A. 480 tys.
B. 840 tys.
ok. 900 tys.
D. 1028 tys.
E. 1440 K
Pembahasan
Wiadomo, że:
Jeżeli wysoka temperatura (TH) = 600 K, sprawność (e) = 40% = 0,4
Pytanie: Jaka jest najwyższa temperatura (TH), przy której wydajność (e) = 75% = 0,75
Jawab:
Niska temperatura = 360 kelwinów
Jaka jest najwyższa temperatura (TH), przy której sprawność (e) = 75%?
Wysoka temperatura = 1440 kelwinów
Prawidłowa odpowiedź to E.
10. Sprawność silnika Carnota, który pochłania ciepło w temperaturze 1200 kelwinów i oddaje ciepło w temperaturze 300 kelwinów, wynosi…
Pembahasan
Wiadomo, że :
Wysoka temperatura (TH) = 1200 K
Niska temperatura (TL) = 300 K
Zapytano : Sprawność silnika Carnota (e)
Odpowiedź :
11. Silnik Carnota pracuje w cyklu pomiędzy 727o127 z CoC. Silnik pobiera 6000 dżuli ciepła ze zbiornika o wysokiej temperaturze. Sprawność silnika i praca wykonywana przez niego w jednym cyklu wynoszą…
Pembahasan
Wiadomo, że :
Wysoka temperatura (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Niska temperatura (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Pochłonięte ciepło (QH) = 6000 dżuli
Zapytano :Sprawność (e) i praca (W) wykonana przez silnik w jednym cyklu
Odpowiedź :
Sprawność silnika Carnota :
Praca wykonana przez silnik Carnota :
W = e QH
W = (0,6)(6000)
W = 3600 dżuli
12. Silnik Carnota pracuje między zbiornikiem o wysokiej temperaturze 527oC i zbiornik niskotemperaturowy 127oC. Silnik Carnota pochłania 10 000 dżuli ciepła z gorącego zbiornika. Ilość ciepła oddawanego przez silnik w każdym cyklu wynosi…
Pembahasan
Wiadomo, że :
Wysoka temperatura (TH) = 527oC + 273 = 800 K
Niska temperatura (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Pochłonięte ciepło (QH) = 10.000 dżuli
Zapytano :Ciepło oddawane przez silnik na cykl
Odpowiedź :
Sprawność idealnego silnika cieplnego (silnika Carnota):
Praca wykonana przez silnik Carnota:
W = e Q1
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 dżuli
Ciepło uwalniane przez silnik w każdym cyklu (QL) = ciepło pochłonięte (QH) – wykonana praca (W)
QL = PH - W
QL = 10.000 - 5000
QL = 5000 dżule
Ciepło rozpraszane przez silnik na cykl = 5000 dżuli
13. Na podstawie poniższego wykresu określ sprawność i pracę wykonaną przez silnik Carnota w jednym cyklu...
Pembahasan
Wiadomo, że :
Wysoka temperatura (TH) = 800 K
Niska temperatura (TL) = 300 K
Pochłonięte ciepło (QH) = 1000 dżuli
Zapytano :Sprawność (e) i praca (W) wykonana przez silnik Carnota
Odpowiedź :
Sprawność silnika Carnota :
Praca wykonana przez silnik Carnota :
W = e QH
W = (0,625)(1000)
W = 625 dżuli
14. Spójrz na poniższy wykres cyklu Carnota ABCDA!
Na podstawie danych przedstawionych na wykresie, sprawność silnika Carnota wynosi…
A. 10%
B. 20%
ok. 25%
D.30%
E. 35%
Pembahasan
Wiadomo, że :
Suchy niski (TL) = 350 K
Wysoka temperatura (TH) = 500 K
Zapytano : Sprawność silnika Carnota (e)
Odpowiedź :
Sprawność silnika Carnota:
e = (TH - TL) / TH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
e = 0,3
e = 30/100 = 30%
Prawidłowa odpowiedź to D.
15. Na poniższym wykresie fotowoltaicznym silnika Carnota, zbiornik o wysokiej temperaturze wynosi 600 K, a zbiornik o niskiej temperaturze 400 K. Jeżeli wysiłek wykonane przez silnik wynosi W, a ciepło uwalniane w niskiej temperaturze wynosi...
A.W.
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W
Pembahasan
Wiadomo, że :
Niska temperatura (TL) = 400 K
Wysoka temperatura (TH) = 600 K
Zapytano :Ciepło uwalniane w niskiej temperaturze (Q2)
Odpowiedź :
Sprawność silnika Carnota :
e = (TH - TL) / TH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Praca wykonana przez silnik Carnota :
W = e Q1
Opis: W = praca wykonana przez maszynę, e = wydajność maszyny, Q1 = ciepło pochłaniane przez maszynę.
W = (1/3)(Q1)
3W = Q1
KAlor uwalnia się w niskich temperaturach :
Q2 = P1 - W
Q2 = 3W– W
Q2 = 2 W.
Prawidłowa odpowiedź to B.
16. Wykres PV cyklu Carnota wygląda jak na poniższym rysunku. Jeżeli kalor która jest uwalniana do środowiska w ilości 3.000 dżuli, wówczas ciepło pochłonięte przez układ wynosi…
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D.6.000 J
E. 8.000 J
Pembahasan
Wiadomo, że :
Niska temperatura (TL) = 500 K
Wysoka temperatura (TH) = 800 K
Uwolnione ciepło (Q2) = 3000 dżuli
Zapytano :Ciepło absorbowane przez układ (Q1)
Odpowiedź :
Sprawność silnika Carnota :
e = (TH - TL) / TH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Praca wykonana przez silnik Carnota :
W = e Q1
W = (3/8)(Q1)
8W/3 = Q1
Q2 = P1 - W
Q2 = 8W/3 – 3W/3
Q2 = 5W/3
3Q2 = 5 W.
W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
KAlor wchłonięte przez system :
Q1 = W + Q2 = 1800 + 3000 = 4800 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to C.
Źródło pytania:
Pytania z egzaminu państwowego z fizyki dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych i zawodowych
