Mifano 16 ya injini za Carnot - injini bora za joto (matumizi ya sheria ya pili ya thermodynamics)
1. Angalia grafu ya P-V ya injini ya Carnot pembeni! Ikiwa joto limefyonzwa (Q1 ) = jouli 10.000, basi kiasi cha kazi inayofanywa na injini ya Carnot ni…
A. 1.500 J 
B. 4.000 J
C. 5.000 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Majadiliano
Inajulikana kwamba :
Halijoto ya chini (T2 ) = 400 K
Joto la juu (T1 ) = 800 K
Joto linalofyonzwa (Swali la 1 ) = Jouli 10.000
Inayohitajika : Kazi iliyotengenezwa na injini ya Carnot (W)
Jibu :
Ufanisi wa injini bora ya joto (injini ya Carnot):
Kazi iliyofanywa na injini ya Carnot:
W = e Swali la 1
W = (1/2)(10.000) = Jouli 5000
Jibu sahihi ni C.
2. Angalia picha upande! Kiasi cha kazi inayofanywa na injini katika mzunguko mmoja ni…
A. 300 J
B. 400 J
C. 500 J
D. 600 J
E. 700 J
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Halijoto ya chini (TL ) = 400 K
Joto la juu (TH ) = 600 K
Joto linalofyonzwa (Swali la 1 ) = Jouli 600
Inayohitajika : Kazi iliyotengenezwa na injini ya Carnot (W)
Jibu:
Ufanisi wa injini bora ya joto (injini ya Carnot):
Kazi iliyofanywa na injini ya Carnot:
W = e Swali la 1
W = (1/3)(600) = Jouli 200
Jibu sahihi ni E.
3. Tazama grafu ya mzunguko wa Carnot ABCDA hapa chini! Kulingana na data kwenye grafu, ufanisi wa injini ya Carnot ni…
A. 10% 
B. 20%
C. 25%
D. 30%
E. 35%
Majadiliano
Inajulikana kwamba :
Halijoto ya chini (TL ) = 350 K
Joto la juu (TH ) = 500 K
Swali : Ufanisi wa injini ya Carnot (e)
Jibu :
Ufanisi wa injini ya Carnot:
e = (TH – TH ) / TH
e = (500 - 350) / 500
e = 150/500
e = 0,3
e = 30/100 = 30%
Jibu sahihi ni D.
4. Katika grafu ifuatayo ya PV ya injini ya Carnot, hifadhi ya joto la juu ni 600 K na halijoto ya chini ni 400 K. Ikiwa kazi inayofanywa na injini ni W, basi joto linalotolewa kwa halijoto ya chini ni...
A. W
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W
Majadiliano
Inajulikana kwamba :
Halijoto ya chini (TL ) = 400 K
Joto la juu (TH ) = 600 K
Swali : Joto linalotolewa kwa joto la chini (Swali la 2 )
Jibu :
Ufanisi wa injini ya Carnot :
e = (TH – TH ) / TH
e = (600 - 400) / 600
e = 200/600
e = 1/3
Kazi inayofanywa na injini ya Carnot :
W = e Swali la 1
Maelezo: W = kazi iliyofanywa na mashine, e = ufanisi wa mashine, Q 1 = joto linalofyonzwa na mashine.
W = (1/3)(Swali la 1 )
3W = Q 1
Joto linalotolewa kwa joto la chini :
Swali la 2 = Swali la 1 – W
Swali la 2 = 3W – W
Swali la 2 = 2W
Jibu sahihi ni B.
5. Grafu ya PV ya mzunguko wa Carnot inaonekana kama mchoro ufuatao. Ikiwa Jouli 3.000 za joto zinatolewa kwenye mazingira, basi joto linalofyonzwa na mfumo ni…
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Majadiliano
Inajulikana kwamba :
Halijoto ya chini (TL ) = 500 K
Joto la juu (TH ) = 800 K
Joto lililotolewa (Swali la 2 ) = Jouli 3000
Swali : Joto linalofyonzwa na mfumo (Swali la 1 )
Jibu :
Ufanisi wa injini ya Carnot :
e = (TH – TH ) / TH
e = (800 - 500) /8600
e = 300/800
e = 3/8
Kazi inayofanywa na injini ya Carnot :
W = e Swali la 1
W = (3/8)(Swali la 1 )
8W/3 = Q 1
Swali la 2 = Swali la 1 – W
Swali la 2 = 8W/3 – 3W/3
Swali la 2 = 5W/3
3Q 2 = 5W
W = 3Q 2 /5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Joto linalofyonzwa na mfumo :
Swali la 1 = W + Swali la 2 = 1800 + 3000 = Jouli 4800
Jibu sahihi ni C.
6. Injini ya Carnot hupokea joto kutoka kwenye hifadhi yenye joto la juu kwa 800 K na ina ufanisi wa 50%. Ili kufikia ufanisi wa 80% huku ikidumisha halijoto ya chini ya hifadhi, hifadhi yenye joto la juu lazima ibadilishwe kuwa….
A. 1.600 K
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Ikiwa halijoto ya juu (TH ) = 800 K, ufanisi (e) = 50% = 0,5
Swali: Je, ni halijoto gani ya juu zaidi (TH ) ili ufanisi (e) = 80% = 0,8
Jibu:
Halijoto ya chini = 400 Kelvin
Joto la juu (TH ) ni lipi ili ufanisi (e) = 80%?
Joto la juu = 2.000 Kelvin
Jibu sahihi ni B.
7. Injini ya Carnot inayofanya kazi kwenye hifadhi yenye joto la juu kwa 600 K ina ufanisi wa 40%. Ili kufikia ufanisi wa 75% huku hifadhi yenye joto la chini ikibaki thabiti, hifadhi yenye joto la juu lazima iongezwe hadi….
A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Ikiwa halijoto ya juu (TH ) = 600 K, ufanisi (e) = 40% = 0,4
Swali: Je, ni halijoto gani ya juu zaidi (TH ) ili ufanisi (e) = 75% = 0,75
Jibu:
Halijoto ya chini = 360 Kelvin
Joto la juu (TH ) ni lipi ili ufanisi (e) = 75%?
Joto la juu = 1440 Kelvin
Jibu sahihi ni E.
8. Injini ya Carnot hupokea joto kutoka kwenye hifadhi yenye joto la juu kwa 800 K na ina ufanisi wa 50%. Ili kufikia ufanisi wa 80% huku ikidumisha halijoto ya chini ya hifadhi, hifadhi yenye joto la juu lazima ibadilishwe kuwa….
A. 1.600 K
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Ikiwa halijoto ya juu (TH) = 800 K, ufanisi (e) = 50% = 0,5
Swali: Je, ni halijoto gani ya juu zaidi (TH) ili ufanisi (e) = 80% = 0,8
Jibu:
Halijoto ya chini = 400 Kelvin
Joto la juu (TH) ni lipi ili ufanisi (e) = 80%?
Joto la juu = 2.000 Kelvin
Jibu sahihi ni B.
9. Injini ya Carnot inayofanya kazi kwenye hifadhi yenye joto la juu kwa 600 K ina ufanisi wa 40%. Ili kufikia ufanisi wa 75% huku hifadhi yenye joto la chini ikibaki thabiti, hifadhi yenye joto la juu lazima iongezwe hadi….
A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Ikiwa halijoto ya juu (TH) = 600 K, ufanisi (e) = 40% = 0,4
Swali: Je, ni halijoto gani ya juu zaidi (TH) ili ufanisi (e) = 75% = 0,75
Jibu:
Halijoto ya chini = 360 Kelvin
Joto la juu (TH) ni lipi ili ufanisi (e) = 75%?
Joto la juu = 1440 Kelvin
Jibu sahihi ni E.
10. Ufanisi wa injini ya Carnot inayofyonza joto kwenye joto la 1200 Kelvin na kukataa joto kwenye joto la 300 Kelvin ni…
Majadiliano
Inajulikana :
Joto la juu (T)H) = 1200 K
Halijoto ya chini (T)L) = 300 K
Aliuliza Ufanisi wa injini ya Carnot (e)
Jawab :
11. Injini ya Carnot inafanya kazi katika mzunguko kati ya 727oC na 127oC. Injini hunyonya Jouli 6000 za joto kutoka kwenye hifadhi ya joto kali. Ufanisi wa injini na kazi inayofanywa na injini katika mzunguko mmoja ni…
Majadiliano
Inajulikana :
Joto la juu (T)H= 727oC + 273 = 1000 K
Halijoto ya chini (T)L= 127oC + 273 = 400 K
Kufyonzwa na joto (Q)H) = Joule 6000
Aliuliza Ufanisi (e) na kazi (W) inayofanywa na injini katika mzunguko mmoja
Jawab :
Ufanisi wa injini ya Carnot :
Kazi inayofanywa na injini ya Carnot :
W = e QH
W = (0,6)(6000)
W = Jouli 3600
12. Injini ya Carnot hufanya kazi kati ya hifadhi ya joto la juu la nyuzi joto 527oC na hifadhi ya joto la chini 127oC. Injini ya Carnot inachukua Jouli 10.000 za joto kutoka kwenye hifadhi ya moto. Kiasi cha joto kinachokataliwa na injini katika kila mzunguko ni…
Majadiliano
Inajulikana :
Joto la juu (T)H= 527oC + 273 = 800 K
Halijoto ya chini (T)L= 127oC + 273 = 400 K
Kufyonzwa na joto (Q)H) = Joule 10.000
Aliuliza : Joto linalokataliwa na injini kwa kila mzunguko
Jawab :
Ufanisi wa injini bora ya joto (injini ya Carnot):
Kazi iliyofanywa na injini ya Carnot:
W = e Q1
W = (0,5)(10.000)
W = Jouli 5000
Joto linalotolewa na injini kwa kila mzunguko (QL) = kufyonzwa na joto (QH) – kazi iliyofanywa (W)
QL = SwaliH - W
QL = 10.000 - 5000
QL = Jouli 5000
Joto linalotoweka na injini kwa kila mzunguko = Jouli 5000
13. Amua ufanisi na kazi inayofanywa na injini ya Carnot katika mzunguko mmoja kulingana na grafu iliyo hapa chini...
Majadiliano
Inajulikana :
Joto la juu (T)H) = 800 K
Halijoto ya chini (T)L) = 300 K
Kufyonzwa na joto (Q)H) = Joule 1000
Aliuliza Ufanisi (e) na kazi (W) inayofanywa na injini ya Carnot
Jawab :
Ufanisi wa injini ya Carnot :
Kazi inayofanywa na injini ya Carnot :
W = e QH
W = (0,625)(1000)
W = Jouli 625
14. Tazama grafu ya mzunguko wa Carnot ABCDA hapa chini!
Kulingana na data kwenye grafu, ufanisi wa injini ya Carnot ni…
A. 10%
B. 20%
C. 25%
D. 30%
E. 35%
Majadiliano
Inajulikana :
Suhu chini (T)L) = 350 K
Joto la juu (T)H) = 500 K
Aliuliza Ufanisi wa injini ya Carnot (e)
Jawab :
Ufanisi wa injini ya Carnot:
e = (TH - TL/ TH
e = (500 - 350) / 500
e = 150/500
e = 0,3
e = 30/100 = 30%
Jibu sahihi ni D.
15. Katika grafu ifuatayo ya PV ya injini ya Carnot, hifadhi ya joto la juu ni 600 K na halijoto ya chini ni 400 K. Ikiwa biashara Injini ikifanywa na W, basi joto linalotolewa kwa joto la chini ni...
A. W
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W
Majadiliano
Inajulikana :
Halijoto ya chini (T)L) = 400 K
Joto la juu (T)H) = 600 K
Aliuliza : Joto linalotolewa kwa halijoto ya chini (Q2)
Jawab :
Ufanisi wa injini ya Carnot :
e = (TH - TL/ TH
e = (600 - 400) / 600
e = 200/600
e = 1/3
Kazi inayofanywa na injini ya Carnot :
W = e Q1
Maelezo: W = kazi iliyofanywa na mashine, e = ufanisi wa mashine, Q1 = joto linalofyonzwa na mashine.
W = (1/3)(Q)1)
3W = Q1
KAlor hutolewa kwa joto la chini :
Q2 = Swali1 - W
Q2 = 3W–W
Q2 = 2W
Jibu sahihi ni B.
16. Grafu ya PV ya mzunguko wa Carnot inaonekana kama mchoro ufuatao. Ikiwa joto ambayo hutolewa katika mazingira Jouli 3.000, kisha joto linalofyonzwa na mfumo ni…
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Majadiliano
Inajulikana :
Halijoto ya chini (T)L) = 500 K
Joto la juu (T)H) = 800 K
Joto lililotolewa (Q)2) = Joule 3000
Aliuliza : Joto linalofyonzwa na mfumo (Q1)
Jawab :
Ufanisi wa injini ya Carnot :
e = (TH - TL/ TH
e = (800 - 500) /8600
e = 300/800
e = 3/8
Kazi inayofanywa na injini ya Carnot :
W = e Q1
W = (3/8)(Q)1)
8W/3 = Q1
Q2 = Swali1 - W
Q2 = 8W/3 – 3W/3
Q2 = 5W/3
3Q2 = 5W
W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
KAlor kufyonzwa na mfumo :
Q1 = W + Q2 = 1800 + 3000 = 4800 Joule
Jibu sahihi ni C.
Chanzo cha Swali:
Maswali ya Fizikia ya Mtihani wa Kitaifa kwa Shule ya Upili ya Wazee/Shule ya Upili ya Ufundi
