16 Примеров двигателей Карно – идеальных тепловых двигателей (применение второго закона термодинамики)
1. Посмотрите на график P-V двигателя Карно сбоку! Если поглощенное тепло (Q1 ) = 10 000 джоулей, то количество работы, совершаемой двигателем Карно, равно…
А. 1.500 Дж 
Б. 4.000 Дж
С. 5.000 Дж
Д. 6.000 Дж
Е. 8.000 Дж
Обсуждение
Известно, что :
Низкая температура (T₂ ) = 400 К
Высокая температура (T 1 ) = 800 К
Поглощенное тепло (Q1 ) = 10.000 Джоулей
Требуется : Работа, выполненная с помощью двигателя Карно (W)
Отвечать :
КПД идеального теплового двигателя (двигателя Карно):
Работа, совершаемая двигателем Карно:
W = e Q 1
Вт = (1/2)(10 000) = 5000 Джоулей
Правильный ответ — C.
2. Посмотрите на картинку сбоку! Количество работы, совершаемой двигателем за один цикл, составляет…
А. 300 Дж
Б. 400 Дж
С. 500 Дж
Д. 600 Дж
Е. 700 Дж
Обсуждение
Известно, что:
Низкая температура (TL ) = 400 К
Высокая температура (TH ) = 600 К
Поглощенное тепло (Q1 ) = 600 Джоулей
Требуется : Работа, выполненная с помощью двигателя Карно (W)
Джаваб:
КПД идеального теплового двигателя (двигателя Карно):
Работа, совершаемая двигателем Карно:
W = e Q 1
Вт = (1/3)(10 000) = 200 Джоулей
Правильный ответ — Е.
3. Посмотрите на график цикла Карно ABCDA ниже! На основе данных графика, КПД двигателя Карно составляет…
А. 10% 
Б. 20%
С. 25%
Д. 30%
Е. 35%
Обсуждение
Известно, что :
Низкая температура (TL ) = 350 К
Высокая температура (TH ) = 500 К
Вопрос : КПД двигателя Карно (e)
Отвечать :
КПД двигателя Карно:
e = (TH – TH ) / TH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
е = 0,3
e = 30/100 = 30%
Правильный ответ — D.
4. На следующем PV-графике двигателя Карно температура высокотемпературного резервуара составляет 600 К, а низкотемпературного — 400 К. Если работа, совершаемая двигателем, равна W, то количество тепла, выделяемого при низкой температуре, равно...
А. В.
Б. 2 В
С. 3 В
Д. 4 В
В. 6 В
Обсуждение
Известно, что :
Низкая температура (TL ) = 400 К
Высокая температура (TH ) = 600 К
Вопрос : Тепло, выделяемое при низкой температуре (Q 2 )
Отвечать :
КПД двигателя Карно :
e = (TH – TH ) / TH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
е = 1/3
Работа, совершаемая двигателем Карно. :
W = e Q 1
Описание: W = работа, совершаемая машиной, e = КПД машины, Q1 = тепло, поглощенное машиной.
W = (1/3)(Q 1 )
3W = Q 1
Тепло, выделяемое при низких температурах :
Q 2 = Q 1 – W
Q 2 = 3W – W
Q 2 = 2W
Правильный ответ — B.
5. График зависимости числа Джоулей от времени для цикла Карно выглядит следующим образом. Если в окружающую среду выделяется 3.000 Джоулей тепла, то количество тепла, поглощенного системой, составляет…
А. 3.000 Дж
Б. 4.000 Дж
С. 4.800 Дж
Д. 6.000 Дж
Е. 8.000 Дж
Обсуждение
Известно, что :
Низкая температура (TL ) = 500 К
Высокая температура (TH ) = 800 К
Выделенное тепло (Q 2 ) = 3000 Джоулей
Вопрос : Тепло, поглощенное системой (Q 1 )
Отвечать :
КПД двигателя Карно :
e = (TH – TH ) / TH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
е = 3/8
Работа, совершаемая двигателем Карно. :
W = e Q 1
W = (3/8)(Q 1 )
8W/3 = Q 1
Q 2 = Q 1 – W
Q 2 = 8W/3 – 3W/3
Q 2 = 5W/3
3Q 2 = 5W
W = 3Q 2 /5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Тепло, поглощенное системой :
Q 1 = W + Q 2 = 1800 + 3000 = 4800 Джоулей
Правильный ответ — C.
6. Двигатель Карно получает тепло от высокотемпературного резервуара с температурой 800 К и имеет КПД 50%. Для достижения КПД 80% при сохранении низкой температуры резервуара высокотемпературный резервуар должен быть преобразован в….
А. 1.600 К
Б. 2.000 К
С. 2.400 К
Д. 4.000 К
Е. 6.400 К
Обсуждение
Известно, что:
Если высокая температура (TH ) = 800 К, то КПД (e) = 50 % = 0,5
Вопрос: Какова максимальная температура (TH ) , при которой КПД (e) = 80% = 0,8?
Джаваб:
Низкая температура = 400 Кельвинов
Какова максимальная температура (TH ) , при которой КПД (e) равен 80%?
Высокая температура = 2.000 Кельвинов
Правильный ответ — B.
7. Двигатель Карно, работающий на высокотемпературном резервуаре при температуре 600 К, имеет КПД 40%. Для достижения КПД 75% при постоянной температуре низкотемпературного резервуара необходимо увеличить температуру высокотемпературного резервуара до…
А. 480 К
Б. 840 К
С. 900 К
Д. 1028 К
Е. 1440 К
Обсуждение
Известно, что:
Если высокая температура (TH ) = 600 К, то КПД (e) = 40 % = 0,4
Вопрос: Какова максимальная температура (TH ) , при которой КПД (e) = 75% = 0,75?
Джаваб:
Низкая температура = 360 Кельвинов
Какова максимальная температура (TH ) , при которой КПД (e) равен 75%?
Высокая температура = 1440 Кельвинов
Правильный ответ — Е.
8. Двигатель Карно получает тепло от высокотемпературного резервуара с температурой 800 К и имеет КПД 50%. Для достижения КПД 80% при сохранении низкой температуры резервуара высокотемпературный резервуар должен быть преобразован в…
А. 1.600 К
Б. 2.000 К
С. 2.400 К
Д. 4.000 К
Е. 6.400 К
Обсуждение
Известно, что:
Если высокая температура (TH) = 800 К, то КПД (e) = 50 % = 0,5
Вопрос: Какова максимальная температура (TH), при которой КПД (e) = 80% = 0,8?
Джаваб:
Низкая температура = 400 Кельвинов
Какова максимальная температура (TH), при которой КПД (e) равен 80%?
Высокая температура = 2.000 Кельвинов
Правильный ответ — B.
9. Двигатель Карно, работающий на высокотемпературном резервуаре при температуре 600 К, имеет КПД 40%. Для достижения КПД 75% при постоянной температуре низкотемпературного резервуара необходимо увеличить температуру высокотемпературного резервуара до…
А. 480 К
Б. 840 К
С. 900 К
Д. 1028 К
Е. 1440 К
Обсуждение
Известно, что:
Если высокая температура (TH) = 600 К, то КПД (e) = 40 % = 0,4
Вопрос: Какова максимальная температура (TH), при которой КПД (e) = 75% = 0,75?
Джаваб:
Низкая температура = 360 Кельвинов
Какова максимальная температура (TH), при которой КПД (e) равен 75%?
Высокая температура = 1440 Кельвинов
Правильный ответ — Е.
10. КПД двигателя Карно, поглощающего тепло при температуре 1200 Кельвинов и отдающего тепло при температуре 300 Кельвинов, составляет…
Обсуждение
Известен :
Высокая температура (Т)H) = 1200 К
Низкая температура (Т)L) = 300 К
Задан вопрос КПД двигателя Карно (e)
Джаваб :
11. Двигатель Карно работает в цикле между 727o127 от СoC. Двигатель поглощает 6000 Джоулей тепла из высокотемпературного резервуара. КПД двигателя и работа, совершаемая двигателем за один цикл, составляют…
Обсуждение
Известен :
Высокая температура (Т)H) = 727oC + 273 = 1000 K
Низкая температура (Т)L) = 127oC + 273 = 400 K
Поглощенное тепло (Q)H) = 10 000 Джоулей
Задан вопрос КПД (e) и работа (W), совершаемая двигателем за один цикл.
Джаваб :
КПД двигателя Карно :
Работа, совершаемая двигателем Карно. :
W = e QH
W = (0,6)(6000)
Вт = 3600 Джоулей
12. Двигатель Карно работает между высокотемпературным резервуаром объемом 527 кубических метров.oC и низкотемпературный резервуар 127oC. Двигатель Карно поглощает 10 000 Джоулей тепла из горячего резервуара. Количество тепла, отводимого двигателем за каждый цикл, составляет…
Обсуждение
Известен :
Высокая температура (Т)H) = 527oC + 273 = 800 K
Низкая температура (Т)L) = 127oC + 273 = 400 K
Поглощенное тепло (Q)H) = 10 000 Джоулей
Задан вопрос : Количество тепла, отводимого двигателем за цикл
Джаваб :
КПД идеального теплового двигателя (двигателя Карно):
Работа, совершаемая двигателем Карно:
W = e Q1
W = (0,5)(10.000)
Вт = 5000 Джоулей
Тепло, выделяемое двигателем за цикл (Q)L) = поглощенное тепло (Q)H) – выполненная работа (W)
QL = QH - W
QL = 10.000 - 5000
QL = 5000 Джоулей
Тепло, выделяемое двигателем за цикл = 5000 Джоулей
13. Определите КПД и работу, совершаемую двигателем Карно за один цикл, на основе графика ниже...
Обсуждение
Известен :
Высокая температура (Т)H) = 800 К
Низкая температура (Т)L) = 300 К
Поглощенное тепло (Q)H) = 10 000 Джоулей
Задан вопрос КПД (e) и работа (W), совершаемая двигателем Карно.
Джаваб :
КПД двигателя Карно :
Работа, совершаемая двигателем Карно. :
W = e QH
W = (0,625)(1000)
Вт = 625 Джоулей
14. Посмотрите на график цикла Карно ABCDA ниже!
На основании данных графика, КПД двигателя Карно составляет…
А. 10%
Б. 20%
С. 25%
Д. 30%
Е. 35%
Обсуждение
Известен :
Suhu низкий (Т)L) = 350 К
Высокая температура (Т)H) = 500 К
Задан вопрос КПД двигателя Карно (e)
Джаваб :
КПД двигателя Карно:
е = (ТH - ТL) / ТH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
е = 0,3
e = 30/100 = 30%
Правильный ответ — D.
15. На следующем PV-графике двигателя Карно высокотемпературный резервуар имеет температуру 600 К, а низкотемпературный — 400 К. Если усилие Тепло, выделяемое двигателем, равно W, а тепло, выделяемое при низкой температуре, равно...
А. В.
Б. 2 В
С. 3 В
Д. 4 В
В. 6 В
Обсуждение
Известен :
Низкая температура (Т)L) = 400 К
Высокая температура (Т)H) = 600 К
Задан вопрос Тепло, выделяемое при низких температурах (Q)2)
Джаваб :
КПД двигателя Карно :
е = (ТH - ТL) / ТH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
е = 1/3
Работа, совершаемая двигателем Карно. :
W = e Q1
Описание: W = работа, совершаемая машиной, e = КПД машины, Q1 = количество тепла, поглощенное машиной.
W = (1/3)(Q1)
3W = Q1
KАлор выделяется при низких температурах :
Q2 = Q1 - W
Q2 = 3W– W
Q2 = 2W
Правильный ответ — B.
16. График PV цикла Карно выглядит следующим образом. Если калорийный из которых в окружающую среду выделяется 3.000 Джоулей тепла, а затем количество тепла, поглощенного системой, составляет…
А. 3.000 Дж
Б. 4.000 Дж
С. 4.800 Дж
Д. 6.000 Дж
Е. 8.000 Дж
Обсуждение
Известен :
Низкая температура (Т)L) = 500 К
Высокая температура (Т)H) = 800 К
Выделенное тепло (Q)2) = 10 000 Джоулей
Задан вопрос : Тепло, поглощенное системой (Q)1)
Джаваб :
КПД двигателя Карно :
е = (ТH - ТL) / ТH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
е = 3/8
Работа, совершаемая двигателем Карно. :
W = e Q1
W = (3/8)(Q1)
8W/3 = Q1
Q2 = Q1 - W
Q2 = 8 Вт/3 – 3 Вт/3
Q2 = 5 Вт/3
3Q2 = 5W
W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
KАлор поглощено системой :
Q1 = В + К2 = 1800 + 3000 = 4800 Джоулей
Правильный ответ — C.
Источник вопроса:
Вопросы по физике для национального экзамена в старших классах средней школы/профессионального училища.
