කාර්නොට් චක්රය - ගැටළු සහ විසඳුම්
1. එන්ජිම (Q 1 ) මගින් අවශෝෂණය කරන තාපය = ජූල් 10,000 ක් නම්, කාර්නොට් එන්ජිමෙන් සිදුවන කාර්යය කුමක්ද?
දන්නා:
අඩු උෂ්ණත්වය (T 2 ) = 400 K
ඉහළ උෂ්ණත්වය (T 1 ) = 800 K
තාප ආදානය (Q 1 ) = ජූල් 10,000
අවශ්යයි: කාර්නොට් එන්ජිම (W) මගින් කරන ලද වැඩ
විසඳුමක්:
කාර්නොට් එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව:
කාර්නොට් එන්ජිම මගින් වැඩ සිදු කරන ලදී:
ඩබ්ලිව් = ඊ ප්රශ්නය 1
W = (1/2)(10,000) = ජූල් 5000
2.
ඉහත ප්රස්ථාරයට අනුව, චක්රයක් තුළ එන්ජිමෙන් සිදුවන කාර්යය කුමක්ද?
දන්නා:
අඩු උෂ්ණත්වය (TL ) = 400 K
ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H ) = 600 K
තාප ආදානය (Q 1 ) = ජූල් 600
අවශ්යයි: කාර්නොට් එන්ජිම (W) මගින් වැඩ සිදු කරන ලදී.
විසඳුම:
කාර්නොට් එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව:
කාර්නොට් එන්ජිම මඟින් සිදු කරන ලද කාර්යයන්:
ඩබ්ලිව් = ඊ ප්රශ්නය 1
W = (1/3)(600) = ජූල් 200
3. පහත ප්රස්ථාරය මත පදනම්ව, කාර්නොට් එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව කොපමණද?
දන්නා:
අඩු උෂ්ණත්වය (TL ) = 350 K
ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H ) = 500 K
අවශ්යයි: කාර්නොට් එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව (e)
විසඳුම:
කාර්නොට් එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව:
e = (TH – TH ) / TH
ඊ = (500 – 350) / 500
ඊ = 150 / 500
ඊ = 0.3
ඊ = 30/100 = 30%
4. පහත ප්රස්ථාරය මත පදනම්ව, තාප එන්ජිමේ ඉහළ උෂ්ණත්වය 600 K වන අතර අඩු උෂ්ණත්වය 400 K වේ. එන්ජිමෙන් කරන කාර්යය W නම්, තාප ප්රතිදානය කුමක්ද?
දන්නා:
අඩු උෂ්ණත්වය (TL ) = 400 K
ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H ) = 600 K
අවශ්යයි: තාප ප්රතිදානය ( Q2 )
විසඳුම:
කාර්නොට් එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව:
e = (TH – TH ) / TH
ඊ = (600 – 400) / 600
ඊ = 200 / 600
ඊ = 1/3
කාර්නොට් එන්ජිම මඟින් සිදු කරන ලද කාර්යයන්:
ඩබ්ලිව් = ඊ ප්රශ්නය 1
W = එන්ජිම මඟින් කරන ලද කාර්යය, e = කාර්යක්ෂමතාව, Q1 = තාප ආදානය
ඩබ් = (1/3)(ප්ර 1 )
3W = Q 1
තාප ප්රතිදානය:
ප්ර 2 = ප්ර 1 – ඩබ්ලිව්
Q 2 = 3W – W
Q 2 = 2W
5. පහත ප්රස්ථාරය මත පදනම්ව, තාප ප්රතිදානය ජූල් 3000 ක් නම්, තාප ආදානය කුමක්ද?
දන්නා:
අඩු උෂ්ණත්වය (TL) = 500 කි
ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H ) = 800 K
තාප ප්රතිදානය (Q 2 ) = ජූල් 3000
අවශ්යයි : තාප ආදානය (Q 1 )
විසඳුම:
කාර්නොට් එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව:
e = (TH – TH ) / TH
ඊ = (800 – 500) /8600
ඊ = 300 / 800
ඊ = 3/8
කාර්නොට් එන්ජිම මඟින් සිදු කරන ලද කාර්යයන්:
ඩබ්ලිව් = ඊ ප්රශ්නය 1
ඩබ් = (3/8)(ප්ර 1 )
8W/3 = ප්ර 1
ප්ර 2 = ප්ර 1 – ඩබ්ලිව්
Q 2 = 8W/3 – 3W/3
Q 2 = 5W/3
3Q 2 = 5W
W = 3Q 2 /5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
එන්ජිම මගින් අවශෝෂණය කරන තාපය:
Q 1 = W + Q 2 = 1800 + 3000 = ජූල් 4800
6. කාර්නොට් එන්ජිමක් කෙල්වින් 800 ක ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී තාපය අවශෝෂණය කරන අතර කාර්නොට් එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව 50% කි. අඩු උෂ්ණත්වය නියතව තබා ගන්නේ නම් කාර්යක්ෂමතාව 80% දක්වා වැඩි කිරීමට අවශ්ය ඉහළ උෂ්ණත්වය කුමක්ද?
දන්නා:
ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H ) = 800 K නම්, කාර්යක්ෂමතාව (e) = 50% = 0.5
අවශ්යයි : කාර්යක්ෂමතාව (e) = 80% = 0.8 නම් ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H )
විසඳුම:
අඩු උෂ්ණත්වය = 400 කෙල්වින්
කාර්යක්ෂමතාව (e) = 80% නම් ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H ) කොපමණද ?
ඉහළ උෂ්ණත්වය = 2000 කෙල්වින්
7. කාර්නොට් එන්ජිමක් කෙල්වින් 600 ක ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී 40% ක කාර්යක්ෂමතාවයකින් ක්රියා කරයි. එන්ජිමේ කාර්යක්ෂමතාව 75% ක් වන අතර අඩු උෂ්ණත්වය නියතව පවතී නම්, ඉහළ උෂ්ණත්වය කුමක්ද?
දන්නා:
ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H ) = 600 K නම්, කාර්යක්ෂමතාව (e) = 40% = 0.4
අවශ්යයි : කාර්යක්ෂමතාව (e) = 75% = 0.75 නම් ඉහළ උෂ්ණත්වය (T H )
විසඳුම:
ඉහළ උෂ්ණත්වය (TH) කාර්යක්ෂමතාව (e) = 75 % නම් ?
ඉහළ උෂ්ණත්වය = 1440 කෙල්වින්
- කාර්නොට් චක්රය යනු කුමක්ද? පිළිතුර: කාර්නොට් චක්රය යනු හැකි වඩාත්ම කාර්යක්ෂම ප්රතිවර්ත කළ හැකි තාප එන්ජින් චක්රය නියෝජනය කරන න්යායාත්මක තාප ගතික චක්රයකි. එය සමෝෂ්ණ ක්රියාවලි දෙකකින් සහ ස්ථිරතාපී ක්රියාවලි දෙකකින් සමන්විත වේ.
- කාර්නොට් චක්රය කදිම චක්රයක් ලෙස සලකන්නේ ඇයි? පිළිතුර: ඕනෑම තාප එන්ජිමක් සඳහා කාර්යක්ෂමතාවයේ ඉහළ සීමාව නියෝජනය කරන බැවින් කාර්නොට් චක්රය පරමාදර්ශී යැයි සැලකේ. එකම උෂ්ණත්ව සංචිත දෙකක් අතර ක්රියාත්මක වන කාර්නොට් එන්ජිමකට වඩා සැබෑ එන්ජිමක් කාර්යක්ෂම විය නොහැක.
- කාර්නොට් චක්රයක ක්රියාවලි හතර මොනවාද? පිළිතුර: කාර්නොට් චක්රයක ක්රියාවලි හතර නම්:
- ඉහළ උෂ්ණත්වයේ දී සමෝෂ්ණ ප්රසාරණය .
- ස්ථිරතාපී ප්රසාරණය (පද්ධතිය තාප පරිවරණය කර සිසිල් වන තැන).
- අඩු උෂ්ණත්වයේ දී සමෝෂ්ණ සම්පීඩනය .
- ස්ථිරතාපී සම්පීඩනය (පද්ධතිය තාප පරිවරණය කර රත් වන තැන).
- කාර්නොට් චක්රය මත ක්රියාත්මක වන සැබෑ තාප එන්ජිමක් නැත්තේ ඇයි? පිළිතුර: සැබෑ එන්ජින් වලට ඝර්ෂණය වැනි ආපසු හැරවිය නොහැකි පාඩු ඇති අතර ස්ථිරතාපී ක්රියාවලීන් අතරතුර පරිපූර්ණ පරිවරණයක් පවත්වා ගත නොහැක. තවද, කාර්නොට් චක්රයට අවශ්ය අසීමිත ලෙස මන්දගාමී සමාවයවික ක්රියාවලීන් සාක්ෂාත් කර ගැනීම ප්රායෝගික නොවේ.
- කාර්නොට් එන්ජිමක කාර්යක්ෂමතාව කොපමණද? පිළිතුර: කාර්යක්ෂමතාව උෂ්ණත්ව සංචිත දෙකක් අතර ක්රියාත්මක වන කාර්නොට් එන්ජිමක (උණුසුම්) සහ (සීතල) ලබා දෙන්නේ:
එහිදී උෂ්ණත්වය කෙල්වින් වලින් පවතී.
- කාර්නොට් එන්ජිමකට 100% කාර්යක්ෂමතාවයක් තිබිය නොහැක්කේ ඇයි? පිළිතුර: කාර්නොට් එන්ජිමක කාර්යක්ෂමතාව උණුසුම් හා සීතල ජලාශ අතර උෂ්ණත්ව වෙනස මත රඳා පවතී. 100% කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ගැනීම සඳහා, සීතල ජලාශයේ උෂ්ණත්වය නිරපේක්ෂ ශුන්ය (0 කෙල්වින්) විය යුතු අතර එය ප්රායෝගිකව ලබා ගත නොහැක.
- කාර්නොට් චක්රයේ ප්රතිවර්ත්යතාවයේ වැදගත්කම කුමක්ද? පිළිතුර: ප්රතිවර්ත්යතාව මඟින් එන්ට්රොපි ජනනය කරන ක්රියාවලීන් නොමැති බව සහතික කරයි, එනම් චක්රයට උපරිම කාර්යක්ෂමතාවයෙන් ක්රියා කළ හැකිය. ඕනෑම ආපසු හැරවිය නොහැකි ක්රියාවලියක් චක්රයේ කාර්යක්ෂමතාව අඩු කරයි.
- කාර්නොට් චක්රය තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයට සම්බන්ධ වන්නේ කෙසේද? පිළිතුර: කාර්නොට් චක්රය තාප එන්ජින්වල කාර්යක්ෂමතාවයේ ඉහළ සීමාවක් ස්ථාපිත කිරීමෙන් දෙවන නියමයට සහාය වේ. දෙවන නියමය ප්රකාශ කරන්නේ එකම උෂ්ණත්ව දෙකක් අතර ක්රියාත්මක වන කාර්නොට් එන්ජිමකට වඩා කිසිදු එන්ජිමක් කාර්යක්ෂම විය නොහැකි බවයි.
- කාර්නොට් චක්රයේ දිස්වන ආකාරයටම සැබෑ ලෝක යෙදීම්වල සමෝෂ්ණ ක්රියාවලීන් තිබිය නොහැක්කේ ඇයි? පිළිතුර: කාර්නොට් චක්රයේ නිරූපණය කර ඇති පරිදි, සමෝෂ්ණ ක්රියාවලියකට අනන්ත කාලයක් අවශ්ය වන අතර, එය සැබෑ ලෝක යෙදුම්වල ප්රායෝගික නොවේ. මෙයට හේතුව සමෝෂ්ණ තත්ත්වය පවත්වා ගැනීම සඳහා තාප හුවමාරුව අනන්ත ලෙස සෙමින් සිදුවිය යුතු බැවිනි.
-
කාර්නොට් චක්රය ඉංජිනේරුවන්ට සහ විද්යාඥයින්ට උපකාර කරන්නේ කෙසේද? පිළිතුර : කාර්නොට් චක්රය තාප එන්ජින්වල උපරිම කාර්යක්ෂමතාව සඳහා න්යායාත්මක මිණුම් ලකුණක් සපයයි. සැබෑ එන්ජින් කාර්නොට් චක්රයට සංසන්දනය කිරීමෙන්, ඉංජිනේරුවන්ට සහ විද්යාඥයින්ට වැඩිදියුණු කළ යුතු ක්ෂේත්ර හඳුනාගෙන ඔවුන්ගේ සැලසුම්වල මූලික සීමාවන් තේරුම් ගත හැකිය.
