Пример теплового двигателя (применение второго закона термодинамики)

9 Примеров задач, связанных с тепловыми двигателями (применение второго закона термодинамики)

1. За один цикл двигатель поглощает 3000 Джоулей тепла из высокотемпературного резервуара и отдает 1000 Джоулей тепла в низкотемпературный резервуар. Определите КПД теплового двигателя!

Обсуждение
Тепловой двигатель Термин «Карно» в вопросах на этой странице не то же самое, что двигатель Карно. Двигатель Карно — это идеальный тепловой двигатель, существующий только теоретически. В отличие от него, тепловой двигатель, упомянутый в этом вопросе, является реальным тепловым двигателем, а не теоретическим (двигателем Карно).
Известен :
Поглощенное тепло (Q)_H) = 10 000 Джоулей
Выделенное тепло (Q)_L) = 10 000 Джоулей
Работа, производимая машиной (Вт) = 3000 – 1000 = 2000 Джоулей
Задан вопрос КПД теплового двигателя (e)
Джаваб :

2. Тепловой двигатель производит 2000 Джоулей работы и отводит 500 Джоулей тепла за один цикл. КПД двигателя составляет…

Обсуждение
Известен :
Работа, производимая машиной (Вт) = 2000 Джоулей
Выделенное тепло (Q)_L) = 10 000 Джоулей
Поглощенное тепло (Q)_H) = 2000 + 5000 = 7000 Джоулей
Задан вопрос КПД теплового двигателя (e)
Джаваб :

3. КПД автомобильного двигателя составляет 30%. Если двигатель производит 10 000 Джоулей работы за цикл, сколько тепла отводит двигатель за цикл?
Обсуждение
Известен :
КПД (e) = 30% = 30/100 = 0,3
Работа, производимая машиной (Вт) = 3000 Джоулей
Задан вопрос : Тепло, рассеиваемое двигателем за каждый цикл (Q)_L)
Джаваб :
Рассчитайте количество поглощенного тепла (Q)._H) используя формулу КПД (е) теплового двигателя:
Тепло, рассеиваемое за цикл (Q)_L) = поглощенное тепло (Q)_H) – произведенная работа (Вт)
Q_L = 10.000 Джоулей – 3000 Джоулей
Q_L = 7000 Джоулей

КПД тепловых двигателей, двигателей Карно

4. Тепловой двигатель поглощает 3.000 Джоулей тепла из высокотемпературного резервуара и отдает 2.400 Джоулей в низкотемпературный резервуар. КПД двигателя составляет…
А. 10%
Б. 15%
С. 20%
Д. 30%
Е. 40%
Пембахасан:
Известен :
Q_H = 3000 Джоулей, Q_L = 2400 Джоулей.
Задан вопрос :
КПД (e) теплового двигателя?
Джаваб :
Правильный ответ — C.

5. Двигатель Карно имеет высокотемпературный резервуар с температурой 300 °C. ^oC и низкотемпературный резервуар 80 ^oC. Эффективность машины составляет…
А. 38%
Б. 45%
С. 50%
Д. 58%
Е. 67%
Пембахасан:
Известен :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
Если температура известна в градусах Цельсия, ее необходимо перевести в кельвины (Кельвин — это международная система единиц измерения температуры).
Задан вопрос :
КПД (e) двигателя Карно?
Джаваб :

Правильный ответ — А.

6. Высокая температура резервуара двигателя Карно составляет 600 К, а его КПД — 60%. Для достижения КПД в 70% необходимо, чтобы высокая температура резервуара двигателя Карно была...
А. 500 К
Б. 800 К
С. 1000 К
Д. 1200 К
Е. 1500 К
Пембахасан:
Известен :
Данные 1: Т_H = 600 К, e = 60%
Данные 2: Т_H = …. K ?, e = 70 %
Задан вопрос :
Высокая температура (Т)_H)
Джаваб :
Используйте данные 1 для расчета низкой температуры (T)._L).
Используйте Т_L и данные 2 для расчета высокой температуры (Т)._H):
Для достижения 70% эффективности необходима высокая температура, равная 800 Кельвинам.
Правильный ответ — B.

7. Посмотрите на график зависимости мощности от времени (PV-график) двигателя Карно, представленный ниже. Если W = 5000 Джоулей, то количество тепла, выделяемого двигателем за цикл, равно...
А. 2.315 Джоуля
Б. 3.475 Джоулей
С. 3.750 Джоулей
D. 5.000 Джоуль
Е. 5.600 Джоулей

Пембахасан:
Известен :
Вт = 5000 Джоулей
T_H = 780 К
T_L = 320 К
Задан вопрос :
Q₂ ?
Джаваб :
КПД двигателя Карно:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
Только 59% тепла используется для совершения работы. Используйте эти данные для расчета количества тепла, поглощенного двигателем Карно (Q).₁).
(0,59)(Q₁) = 10 000 Джоулей
Q₁ = 5000 Джоулей / 0,59 = 8475 Джоулей
Количество теплоты, поглощенное двигателем, составляет 8475 Джоулей.
Количество тепла, выделяемого двигателем за цикл:
Вт = Q₁ - Q₂
5000 Джоулей = 8475 Джоулей – Q₂
Q₂ = 8475 Джоулей – 5000 Джоулей
Q₂ = 3475 Джоулей
Правильный ответ — B.

8. Посмотрите на приведенную ниже PV-диаграмму двигателя Карно! Если поглощенное тепло (Q)₁Если ) = 8000 Джоулей, то работа, совершаемая двигателем Карно, равна…
А. 1640 Дж
Б. 4720 Дж
С. 5640 Дж
Д. 6270 Дж
Е. 8840 Дж

Пембахасан:
Известен :
Q₁ = 8000 Дж
T_H = 820 К
T_L = 380 К
Задан вопрос :
В?
Джаваб :
КПД двигателя Карно:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
Только 54% ​​тепла используется для совершения работы. Используйте эти данные для расчета работы, совершаемой двигателем Карно (Вт).
(0,59)(8000) = 4720 Джоулей
Работа, совершаемая двигателем Карно, составляет 4720 Джоулей.
Правильный ответ — B.

9. Двигатель Карно работает между тепловым резервуаром объемом 520 м³. ^oC и холодный резервуар 110 ^oC. Если машина поглощает 3000 Джоулей тепла от горячего резервуара, то количество тепла, отводимого машиной, составляет...
А. 450 джоулей
В. 800 джоуля
С. 1000 минут
Д. 1200 джоулей
Е. 1440 джоулей
Пембахасан:
Известен :
T_H = 520 + 273 = 793 К
T_L = 110 + 273 = 383 К
Q₁ = 3000 Дж
Задан вопрос :
Q₂ = … ?
Джаваб :
КПД двигателя Карно:
е = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Используйте эти данные для расчета работы, совершаемой двигателем (Вт).
(0,52)(3000) = 1560 Джоулей
Работа, совершаемая двигателем, составляет 1560 Джоулей.
Количество тепла, выделяемого двигателем:
Q₂ = 3000 Джоулей – 1560 Джоулей
Q₂ = 1440 Джоулей
Тепло, выделяемое двигателем, составляет 1440 Джоулей.