வெப்ப இயந்திரத்தின் எடுத்துக்காட்டு (வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதியின் பயன்பாடு)

வெப்ப இயந்திரச் சிக்கல்களின் 9 எடுத்துக்காட்டுகள் (வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதியின் பயன்பாடு)

1. ஒரு சுழற்சியில், ஒரு இயந்திரம் உயர்-வெப்பநிலை நீர்த்தேக்கத்திலிருந்து 3000 ஜூல் வெப்பத்தை உறிஞ்சி, குறைந்த-வெப்பநிலை நீர்த்தேக்கத்திற்கு 1000 ஜூல் வெப்பத்தை வெளியேற்றுகிறது. அந்த வெப்ப இயந்திரத்தின் செயல்திறனைக் கண்டறியவும்!

கலந்துரையாடல்
வெப்ப இயந்திரம் இந்தப் பக்கத்தில் உள்ள கேள்விகளில் குறிப்பிடப்பட்டுள்ள 'கார்னோ' என்ற சொல், கார்னோ இயந்திரத்தைப் போன்றதல்ல. கார்னோ இயந்திரம் என்பது ஒரு இலட்சிய வெப்ப இயந்திரம் மற்றும் அது கோட்பாட்டு ரீதியாக மட்டுமே உள்ளது. இதற்கு மாறாக, இந்தக் கேள்வியில் குறிப்பிடப்பட்டுள்ள வெப்ப இயந்திரம் ஒரு உண்மையான வெப்ப இயந்திரமே தவிர, ஒரு கோட்பாட்டு ரீதியான வெப்ப இயந்திரம் (கார்னோ இயந்திரம்) அல்ல.
அது அறியப்படுகிறது :
உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் (Q)_H) = 3000 ஜூல்
வெளியிடப்பட்ட வெப்பம் (Q)_L) = 1000 ஜூல்
இயந்திரத்தால் செய்யப்பட்ட வேலை (W) = 3000 – 1000 = 2000 ஜூல்
கேட்கப்பட்டது வெப்ப இயந்திரத்தின் செயல்திறன் (இ)
ஜவாப் :

2. ஒரு வெப்ப இயந்திரம் ஒரு சுழற்சியில் 2000 ஜூல் வேலையை உற்பத்தி செய்து 500 ஜூல் வெப்பத்தை வெளியேற்றுகிறது. அந்த இயந்திரத்தின் செயல்திறன்…

கலந்துரையாடல்
அது அறியப்படுகிறது :
இயந்திரத்தால் செய்யப்பட்ட வேலை (W) = 2000 ஜூல்
வெளியிடப்பட்ட வெப்பம் (Q)_L) = 5000 ஜூல்
உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் (Q)_H) = 2000 + 5000 = 7000 ஜூல்
கேட்கப்பட்டது வெப்ப இயந்திரத்தின் செயல்திறன் (இ)
ஜவாப் :

3. ஒரு கார் இயந்திரத்தின் செயல்திறன் 30% ஆகும். அந்த இயந்திரம் ஒரு சுழற்சிக்கு 10.000 ஜூல் வேலையை உற்பத்தி செய்தால், ஒவ்வொரு சுழற்சிக்கும் அந்த இயந்திரத்தால் எவ்வளவு வெப்பம் வெளியேற்றப்படும்?
கலந்துரையாடல்
அது அறியப்படுகிறது :
செயல்திறன் (e) = 30% = 30/100 = 0,3
இயந்திரத்தால் செய்யப்பட்ட வேலை (W) = 3000 ஜூல்
கேட்கப்பட்டது : ஒவ்வொரு சுழற்சியிலும் இயந்திரத்தால் வெளியேற்றப்படும் வெப்பம் (Q)_L)
ஜவாப் :
உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பத்தை (Q) கணக்கிடுங்கள்_Hஒரு வெப்ப இயந்திரத்தின் செயல்திறன் சூத்திரம் (e) ஐப் பயன்படுத்தி:
ஒரு சுழற்சிக்கு சிதறடிக்கப்பட்ட வெப்பம் (Q)_L) = உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் (Q_H) – உருவாக்கப்பட்ட வேலை (W)
Q_L = 10.000 ஜூல்கள் – 3000 ஜூல்கள்
Q_L = 7000 ஜூல்கள்

வெப்ப இயந்திரங்கள், கார்னோ இயந்திரங்களின் செயல்திறன்

4. ஒரு வெப்ப இயந்திரம் உயர் வெப்பநிலை நீர்த்தேக்கத்திலிருந்து 3.000 ஜூல் வெப்பத்தை உறிஞ்சி, குறைந்த வெப்பநிலை நீர்த்தேக்கத்திற்கு 2.400 ஜூல் வெப்பத்தை வெளியேற்றுகிறது. அந்த இயந்திரத்தின் செயல்திறன் ….
அ. 10%
பி. 15%
சி. 20%
டி. 30%
இ. 40%
கலந்துரையாடல் :
அது அறியப்படுகிறது :
Q_H = 3000 ஜூல், Q_L = 2400 ஜூல்.
கேட்கப்பட்டது :
ஒரு வெப்ப இயந்திரத்தின் செயல்திறன் (e) என்ன?
ஜவாப் :
சரியான விடை C ஆகும்.

5. ஒரு கார்னோ இயந்திரம் 300 டிகிரி உயர் வெப்பநிலை நீர்த்தேக்கத்தைக் கொண்டுள்ளது. ^oC மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலை நீர்த்தேக்கம் 80 ^oC. இயந்திரத்தின் செயல்திறன்…
அ. 38%
பி. 45%
சி. 50%
டி. 58%
இ. 67%
கலந்துரையாடல் :
அது அறியப்படுகிறது :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
வெப்பநிலை செல்சியஸ் அலகுகளில் தெரிந்தால், அதை கெல்வின் அலகுகளுக்கு மாற்ற வேண்டும் (கெல்வின் என்பது வெப்பநிலைக்கான சர்வதேச அலகு முறையாகும்).
கேட்கப்பட்டது :
கார்னோ இயந்திரத்தின் செயல்திறன் (e) என்ன?
ஜவாப் :

சரியான விடை A ஆகும்.

6. கார்னோ இயந்திர நீர்த்தேக்கத்தின் உயர் வெப்பநிலை 600 K மற்றும் அதன் செயல்திறன் 60% ஆகும். 70% செயல்திறனை அடைய, கார்னோ இயந்திர நீர்த்தேக்கத்தின் உயர் வெப்பநிலை...
அ. 500 கே
பி. 800 கே
சி. 1000 கே
டி. 1200 கே
இ. 1500 கே
கலந்துரையாடல் :
அது அறியப்படுகிறது :
தரவு 1 : டி_H = 600 K, e = 60%
தரவு 2 : டி_H = …. K ?, e = 70 %
கேட்கப்பட்டது :
உயர் வெப்பநிலை (T)_H)
ஜவாப் :
குறைந்த வெப்பநிலையை (T) கணக்கிட தரவு 1 ஐப் பயன்படுத்தவும்_L).
T-ஐப் பயன்படுத்தவும்_L மற்றும் உயர் வெப்பநிலையை (T) கணக்கிட தரவு 2._H):
70% செயல்திறனை அடைய, உயர் வெப்பநிலை 800 கெல்வின் ஆக இருக்க வேண்டும்.
சரியான விடை B ஆகும்.

7. கீழே உள்ள கார்னோ இயந்திரத்தின் PV வரைபடத்தைப் பார்க்கவும். W = 5000 ஜூல் எனில், ஒரு சுழற்சிக்கு இயந்திரத்தால் வெளியிடப்படும் வெப்பத்தின் அளவு...
அ. 2.315 ஜூல்கள்
பி. 3.475 ஜூல்கள்
சி. 3.750 ஜூல்கள்
டி. 5.000 ஜூல்கள்
இ. 5.600 ஜூல்கள்

கலந்துரையாடல் :
அது அறியப்படுகிறது :
W = 5000 ஜூல்
T_H = 780 கே
T_L = 320 கே
கேட்கப்பட்டது :
Q₂ ?
ஜவாப் :
கார்னோ இயந்திர செயல்திறன்:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
வெப்பத்தில் 59% மட்டுமே வேலை செய்யப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தத் தரவைப் பயன்படுத்தி கார்னோ இயந்திரத்தால் உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பத்தைக் (Q) கணக்கிடுங்கள்.₁).
(0,59)(கே)₁) = 5000 ஜூல்
Q₁ = 5000 ஜூல்/0,59 = 8475 ஜூல்
இயந்திரத்தால் உள்வாங்கப்பட்ட வெப்பத்தின் அளவு 8475 ஜூல் ஆகும்.
ஒவ்வொரு சுழற்சிக்கும் இயந்திரத்தால் வெளியிடப்படும் வெப்பத்தின் அளவு:
W = Q₁ –கே₂
5000 ஜூல்கள் = 8475 ஜூல்கள் – Q₂
Q₂ = 8475 ஜூல்கள் – 5000 ஜூல்கள்
Q₂ = 3475 ஜூல்கள்
சரியான விடை B ஆகும்.

8. கீழே உள்ள கார்னோ இயந்திரத்தின் PV வரைபடத்தைப் பாருங்கள்! உறிஞ்சப்பட்ட வெப்பம் (Q)₁) = 8000 ஜூல் எனில், கார்னோ இயந்திரத்தால் செய்யப்பட்ட வேலை…
அ. 1640 ஜூல்
பி. 4720 ஜே
சி. 5640 ஜூல்
டி. 6270 ஜூல்
இ. 8840 J

கலந்துரையாடல் :
அது அறியப்படுகிறது :
Q₁ = 8000 J
T_H = 820 கே
T_L = 380 கே
கேட்கப்பட்டது :
என்ன?
ஜவாப் :
கார்னோ இயந்திர செயல்திறன்:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
வெப்பத்தில் 54% மட்டுமே வேலை செய்யப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தத் தரவைப் பயன்படுத்தி கார்னோ இயந்திரத்தால் செய்யப்பட்ட வேலையை (W) கணக்கிடுங்கள்.
(0,59)(8000) = 4720 ஜூல்
கார்னோ இயந்திரம் செய்த வேலை 4720 ஜூல் ஆகும்.
சரியான விடை B ஆகும்.

9. ஒரு கார்னோ இயந்திரம் 520°C வெப்பக் கொள்கலனுக்கு இடையில் இயங்குகிறது. ^oC மற்றும் குளிர் நீர்த்தேக்கம் 110 ^oC. இயந்திரம் வெப்ப நீர்த்தேக்கத்திலிருந்து 3000 ஜூல் வெப்பத்தை உறிஞ்சினால், இயந்திரத்திலிருந்து வெளியேற்றப்படும் வெப்பத்தின் அளவு...
அ. 450 ஜூல்கள்
பி. 800 ஜூல்கள்
சுமார் 1000 நிமிடங்கள்
டி. 1200 ஜூல்கள்
இ. 1440 ஜூல்
கலந்துரையாடல் :
அது அறியப்படுகிறது :
T_H = 520 + 273 = 793 கே
T_L = 110 + 273 = 383 கே
Q₁ = 3000 J
கேட்கப்பட்டது :
Q₂ = … ?
ஜவாப் :
கார்னோ இயந்திர செயல்திறன்:
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
இந்தத் தரவைப் பயன்படுத்தி இயந்திரத்தால் செய்யப்பட்ட வேலையை (W) கணக்கிடுங்கள்.
(0,52)(3000) = 1560 ஜூல்
இயந்திரம் செய்த வேலை 1560 ஜூல் ஆகும்.
இயந்திரத்தால் வெளியிடப்படும் வெப்பத்தின் அளவு:
Q₂ = 3000 ஜூல்கள் – 1560 ஜூல்கள்
Q₂ = 1440 ஜூல்கள்
இயந்திரத்தால் வெளியிடப்படும் வெப்பம் 1440 ஜூல் ஆகும்.