16 ตัวอย่างของเครื่องยนต์คาร์โนต์ – เครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติ (การประยุกต์ใช้กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์)
1. ดูที่กราฟ P-V ของเครื่องยนต์คาร์โนต์ด้านข้าง! ถ้าความร้อนที่ดูดซับ (Q1 ) = 10.000 จูล ปริมาณงานที่เครื่องยนต์คาร์โนต์ทำได้คือ…
เอ. 1.500 จูล 
บี. 4.000 จูล
ซี. 5.000 จูล
ง. 6.000 จ.
อี. 8.000 จูล
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า :
อุณหภูมิต่ำ (T 2 ) = 400 K
อุณหภูมิสูง (T 1 ) = 800 K
ความร้อนที่ดูดซับ (Q 1 ) = 10.000 จูล
ต้องการ : งานที่ได้จากเครื่องยนต์คาร์โนต์ (W)
คำตอบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติ (เครื่องยนต์คาร์โนต์):
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์:
W = e Q 1
W = (1/2)(10.000) = 5000 จูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
2. ดูรูปด้านข้างสิ! ปริมาณงานที่เครื่องยนต์ทำในหนึ่งรอบการทำงานคือ…
เอ. 300 จูล
บี. 400 จูล
ซี. 500 จูล
ง. 600 จ.
อี. 700 จูล
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
อุณหภูมิต่ำ (TL ) = 400 K
อุณหภูมิสูง (TH ) = 600 K
ความร้อนที่ดูดซับ (Q 1 ) = 600 จูล
ต้องการ : งานที่ได้จากเครื่องยนต์คาร์โนต์ (W)
คำตอบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติ (เครื่องยนต์คาร์โนต์):
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 จูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ E.
3. ดูที่กราฟวัฏจักรคาร์โนต์ ABCDA ด้านล่าง! จากข้อมูลในกราฟ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์คือ…
ก. 10% 
ข. 20%
ค. 25%
ง. 30%
35%
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า :
อุณหภูมิต่ำ (TL ) = 350 K
อุณหภูมิสูง (TH ) = 500 K
คำถาม : ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ (e)
คำตอบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์:
e = (TH – TH ) / TH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
อี = 0,3
e = 30/100 = 30%
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
4. จากกราฟ PV ของเครื่องยนต์คาร์โนต์ต่อไปนี้ แหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงคือ 600 K และแหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำคือ 400 K ถ้างานที่เครื่องยนต์ทำคือ W ความร้อนที่ปล่อยออกมาที่อุณหภูมิต่ำคือ...
เอ. ดับเบิลยู
บี. 2 ดับเบิลยู
ซี. 3 ว.
ง. 4 ว.
อี. 6 ดับเบิลยู
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า :
อุณหภูมิต่ำ (TL ) = 400 K
อุณหภูมิสูง (TH ) = 600 K
คำถาม : ความร้อนที่ปล่อยออกมาที่อุณหภูมิต่ำ (Q 2 )
คำตอบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
e = (TH – TH ) / TH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
W = e Q 1
คำอธิบาย: W = งานที่เครื่องจักรทำ, e = ประสิทธิภาพของเครื่องจักร, Q1 =ความร้อนที่เครื่องจักรดูดซับ
W = (1/3)(Q 1 )
3W = Q 1
ความร้อนที่ปล่อยออกมาที่อุณหภูมิต่ำ :
Q 2 = Q 1 – W
Q 2 = 3W – W
Q 2 = 2W
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
5. กราฟ PV ของวัฏจักรคาร์โนต์มีลักษณะดังรูปต่อไปนี้ ถ้าความร้อน 3.000 จูลถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม ความร้อนที่ระบบดูดซับเข้าไปคือ…
เอ. 3.000 จูล
บี. 4.000 จูล
ซี. 4.800 จูล
ง. 6.000 จ.
อี. 8.000 จูล
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า :
อุณหภูมิต่ำ (TL ) = 500 K
อุณหภูมิสูง (TH ) = 800 K
ความร้อนที่ปล่อยออกมา (Q 2 ) = 3000 จูล
คำถาม : ความร้อนที่ระบบดูดซับ (Q 1 )
คำตอบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
e = (TH – TH ) / TH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
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 = ไตรมาส3 2 /5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
ความร้อนที่ระบบดูดซับ :
Q 1 = W + Q 2 = 1800 + 3000 = 4800 จูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
6. เครื่องยนต์คาร์โนต์รับความร้อนจากแหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงที่ 800 เคลวิน และมีประสิทธิภาพ 50% เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพ 80% ในขณะที่ยังคงรักษาอุณหภูมิของแหล่งความร้อนให้ต่ำ แหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงจะต้องถูกแปลงเป็น…
ก. 1.600 กิโลจูล
บี. 2.000 เค
C. 2.400 K
ง. 4.000 กิโลจูล
E. 6.400 K
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
ถ้าอุณหภูมิสูง (TH ) = 800 K ประสิทธิภาพ (e) = 50% = 0,5
คำถาม:อุณหภูมิสูงสุด (TH )ที่ทำให้ประสิทธิภาพ (e) = 80% = 0,8 คือเท่าใด
คำตอบ :
อุณหภูมิต่ำ = 400 เคลวิน
อุณหภูมิสูง (TH )เท่าใดที่ทำให้ประสิทธิภาพ (e) = 80%?
อุณหภูมิสูง = 2.000 เคลวิน
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
7. เครื่องยนต์คาร์โนต์ที่ทำงานโดยใช้แหล่งความร้อนอุณหภูมิสูง ที่600 K มีประสิทธิภาพ 40% เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพ 75% โดยที่แหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำคงที่ แหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงจะต้องเพิ่มขึ้นเป็น…
ก. 480 กิโลจูล
บี. 840 เค
C. 900 K
ง. 1028 กิโลจูล
E. 1440 K
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
ถ้าอุณหภูมิสูง (TH ) = 600 K ประสิทธิภาพ (e) = 40% = 0,4
คำถาม:อุณหภูมิสูงสุด (TH )ที่ทำให้ประสิทธิภาพ (e) = 75% = 0,75 คือเท่าใด
คำตอบ :
อุณหภูมิต่ำ = 360 เคลวิน
อุณหภูมิสูง (TH )เท่าใดที่ทำให้ประสิทธิภาพ (e) = 75%?
อุณหภูมิสูง = 1440 เคลวิน
คำตอบที่ถูกต้องคือ E.
8. เครื่องยนต์คาร์โนต์รับความร้อนจากแหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงที่ 800 เคลวิน และมีประสิทธิภาพ 50% เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพ 80% ในขณะที่ยังคงรักษาอุณหภูมิของแหล่งความร้อนให้ต่ำ แหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงจะต้องถูกแปลงเป็น…
ก. 1.600 กิโลจูล
บี. 2.000 เค
C. 2.400 K
ง. 4.000 กิโลจูล
E. 6.400 K
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
ถ้าอุณหภูมิสูง (TH) = 800 K ประสิทธิภาพ (e) = 50% = 0,5
คำถาม: อุณหภูมิสูงสุด (TH) ที่ทำให้ประสิทธิภาพ (e) = 80% = 0,8 คือเท่าใด
คำตอบ :
อุณหภูมิต่ำ = 400 เคลวิน
อุณหภูมิสูง (TH) เท่าใดที่ทำให้ประสิทธิภาพ (e) = 80%?
อุณหภูมิสูง = 2.000 เคลวิน
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
9. เครื่องยนต์คาร์โนต์ที่ทำงานโดยใช้แหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงที่ 600 K มีประสิทธิภาพ 40% เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพ 75% โดยที่แหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำคงที่ แหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงจะต้องเพิ่มขึ้นเป็น…
ก. 480 กิโลจูล
บี. 840 เค
C. 900 K
ง. 1028 กิโลจูล
E. 1440 K
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
ถ้าอุณหภูมิสูง (TH) = 600 K ประสิทธิภาพ (e) = 40% = 0,4
คำถาม: อุณหภูมิสูงสุด (TH) ที่ทำให้ประสิทธิภาพ (e) = 75% = 0,75 คือเท่าใด
คำตอบ :
อุณหภูมิต่ำ = 360 เคลวิน
อุณหภูมิสูง (TH) เท่าใดที่ทำให้ประสิทธิภาพ (e) = 75%?
อุณหภูมิสูง = 1440 เคลวิน
คำตอบที่ถูกต้องคือ E.
10. ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ที่ดูดความร้อนที่อุณหภูมิ 1200 เคลวิน และปล่อยความร้อนที่อุณหภูมิ 300 เคลวิน คือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
อุณหภูมิสูง (T)H) = 1200 K
อุณหภูมิต่ำ (T)L) = 300 K
ถาม ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ (e)
จาวาบ :
11. เครื่องยนต์คาร์โนต์ทำงานเป็นวัฏจักรระหว่าง 727oซี และ 127oค. เครื่องยนต์ดูดซับความร้อน 6000 จูลจากแหล่งความร้อนสูง ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์และงานที่เครื่องยนต์ทำในหนึ่งรอบการทำงานคือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
อุณหภูมิสูง (T)H) = 727oC + 273 = 1000 K
อุณหภูมิต่ำ (T)L) = 127oC + 273 = 400 K
ความร้อนที่ถูกดูดซับ (Q)H) = 6000 จูล
ถาม ประสิทธิภาพ (e) และงาน (W) ที่เครื่องยนต์ทำในหนึ่งรอบการทำงาน
จาวาบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
W = e QH
W = (0,6)(6000)
W = 3600 จูล
12. เครื่องยนต์คาร์โนต์ทำงานระหว่างแหล่งเก็บความร้อนอุณหภูมิสูง 527 องศาเซลเซียสoC และอ่างเก็บน้ำอุณหภูมิต่ำ 127oค. เครื่องยนต์คาร์โนต์ดูดซับความร้อน 10.000 จูลจากแหล่งความร้อน ปริมาณความร้อนที่เครื่องยนต์ปล่อยออกมาในแต่ละรอบคือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
อุณหภูมิสูง (T)H) = 527oC + 273 = 800 K
อุณหภูมิต่ำ (T)L) = 127oC + 273 = 400 K
ความร้อนที่ถูกดูดซับ (Q)H) = 10.000 จูล
ถาม ปริมาณความร้อนที่เครื่องยนต์ระบายออกต่อรอบการทำงาน
จาวาบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติ (เครื่องยนต์คาร์โนต์):
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์:
W = e Q1
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 จูล
ปริมาณความร้อนที่เครื่องยนต์ปล่อยออกมาต่อรอบ (Q)L) = ความร้อนที่ถูกดูดซับ (Q)H) – งานที่ทำ (W)
QL = QH - ใน
QL = 10.000 - 5000
QL = 5000 จูล
ความร้อนที่เครื่องยนต์ระบายออกต่อรอบ = 5000 จูล
13. จงคำนวณหาประสิทธิภาพและงานที่เครื่องยนต์คาร์โนต์ทำได้ในหนึ่งรอบการทำงาน โดยอ้างอิงจากกราฟด้านล่าง...
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
อุณหภูมิสูง (T)H) = 800 K
อุณหภูมิต่ำ (T)L) = 300 K
ความร้อนที่ถูกดูดซับ (Q)H) = 1000 จูล
ถาม ประสิทธิภาพ (e) และงาน (W) ที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์
จาวาบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
W = e QH
W = (0,625)(1000)
W = 625 จูล
14. ดูแผนภูมิวัฏจักรคาร์โนต์ ABCDA ด้านล่าง!
จากข้อมูลในกราฟ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์คือ…
ก. 10%
ข. 20%
ค. 25%
ง. 30%
35%
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
ซู่หู ต่ำ (TL) = 350 K
อุณหภูมิสูง (T)H) = 500 K
ถาม ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ (e)
จาวาบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์:
e = (TH - ทL) / TH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
อี = 0,3
e = 30/100 = 30%
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
15. ในกราฟ PV ของเครื่องยนต์คาร์โนต์ต่อไปนี้ อ่างเก็บความร้อนอุณหภูมิสูงคือ 600 K และอ่างเก็บความร้อนอุณหภูมิต่ำคือ 400 K ถ้า ความพยายาม กำลังไฟฟ้าที่เครื่องยนต์ทำคือ W ดังนั้นความร้อนที่ปล่อยออกมาที่อุณหภูมิต่ำคือ...
เอ. ดับเบิลยู
บี. 2 ดับเบิลยู
ซี. 3 ว.
ง. 4 ว.
อี. 6 ดับเบิลยู
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
อุณหภูมิต่ำ (T)L) = 400 K
อุณหภูมิสูง (T)H) = 600 K
ถาม : ความร้อนที่ปล่อยออกมาที่อุณหภูมิต่ำ (Q)2)
จาวาบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
e = (TH - ทL) / TH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
W = e Q1
คำอธิบาย: W = งานที่เครื่องจักรทำ, e = ประสิทธิภาพของเครื่องจักร, Q =1 = ความร้อนที่เครื่องจักรดูดซับไว้
W = (1/3)(Q1)
3W = Q1
Kแอลอร์จะถูกปล่อยออกมาที่อุณหภูมิต่ำ :
Q2 = Q1 - ใน
Q2 = 3W– W
Q2 = 2W
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
16. กราฟ PV ของวัฏจักรคาร์โนต์มีลักษณะดังรูปต่อไปนี้ ถ้า ความร้อน ซึ่งถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม 3.000 จูล จากนั้นความร้อนที่ระบบดูดซับเข้าไปคือ…
เอ. 3.000 จูล
บี. 4.000 จูล
ซี. 4.800 จูล
ง. 6.000 จ.
อี. 8.000 จูล
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
อุณหภูมิต่ำ (T)L) = 500 K
อุณหภูมิสูง (T)H) = 800 K
ความร้อนที่ปล่อยออกมา (Q)2) = 3000 จูล
ถาม : ความร้อนที่ระบบดูดซับ (Q)1)
จาวาบ :
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
e = (TH - ทL) / TH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
งานที่ทำโดยเครื่องยนต์คาร์โนต์ :
W = e Q1
W = (3/8)(Q1)
8W/3 = Q1
Q2 = Q1 - ใน
Q2 = 8W/3 – 3W/3
Q2 = 5W/3
3Q2 = 5W
W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Kอลอร์ ถูกดูดซับโดยระบบ :
Q1 = W + Q2 = 1800 + 3000 = 4800 จูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
ที่มาของคำถาม:
ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับชาติ สำหรับนักเรียนมัธยมปลาย/อาชีวศึกษา
