Isı motoruna örnek (termodinamiğin ikinci yasasının uygulaması)

Isı motoru problemlerine 9 örnek (termodinamiğin ikinci yasasının uygulaması)

1. Bir çevrimde, bir motor yüksek sıcaklıktaki bir rezervuardan 3000 Joule ısı emer ve düşük sıcaklıktaki bir rezervuara 1000 Joule ısı verir. Isı motorunun verimliliğini belirleyiniz!

Pembahasan
Isı motoru Bu sayfadaki sorularda geçen "Carnot" terimi, Carnot motoru ile aynı anlama gelmez. Carnot motoru ideal bir ısı motorudur ve yalnızca teorik olarak mevcuttur. Buna karşılık, bu soruda bahsedilen ısı motoru, teorik bir ısı motoru (Carnot motoru) değil, gerçek bir ısı motorudur.
Bilinen :
Isı emilimi (Q_H) = 3000 Joule
Isı salınımı (Q)_L) = 1000 Joule
Makinenin ürettiği iş (W) = 3000 – 1000 = 2000 Joule
Soruldu : Isı motorunun verimliliği (e)
Cevab :

2. Bir ısı motoru bir çevrimde 2000 Joule iş üretir ve 500 Joule ısı açığa çıkarır. Motorun verimliliği nedir?

Pembahasan
Bilinen :
Makinenin ürettiği iş (W) = 2000 Joule
Isı salınımı (Q)_L) = 5000 Joule
Isı emilimi (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 Joule
Soruldu : Isı motorunun verimliliği (e)
Cevab :

3. Bir otomobil motorunun verimliliği %30'dur. Motor her çevrimde 10.000 Joule iş üretiyorsa, her çevrimde motor tarafından ne kadar ısı atılır?
Pembahasan
Bilinen :
Verimlilik (e) = %30 = 30/100 = 0,3
Makinenin ürettiği iş (W) = 3000 Joule
Soruldu : Motorun her çevrimde yaydığı ısı (Q)_L)
Cevab :
Emilen ısıyı hesaplayın (Q_H) bir ısı motorunun verimlilik formülünü (e) kullanarak:
Çevrim başına dağıtılan ısı (Q_L) = emilen ısı (Q_H) – üretilen iş (W)
Q_L = 10.000 Joule – 3000 Joule
Q_L = 7000 Joule

Isı motorlarının verimliliği, Carnot motorları

4. Bir ısı motoru, yüksek sıcaklıktaki bir rezervuardan 3.000 Joule ısı emer ve düşük sıcaklıktaki bir rezervuara 2.400 Joule ısı verir. Motorun verimliliği nedir?
A. %10
B. %15
C. %20
D. %30
E.%40
Pembahasan:
Bilinen :
Q_H = 3000 Joule, Q_L = 2400 Joule.
Soruldu :
Isı motorunun verimliliği (e) nedir?
Cevab :
Doğru cevap C şıkkıdır.

5. Bir Carnot motorunun yüksek sıcaklık rezervuarı 300°C'dir. ^oC ve düşük sıcaklık rezervuarı 80 ^oC. Makinenin verimliliği…
A. %38
B. %45
C. %50
D. %58
E.%67
Pembahasan:
Bilinen :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
Sıcaklık Celsius cinsinden biliniyorsa, Kelvin birimine dönüştürülmelidir (Kelvin, Uluslararası Sıcaklık Birim Sistemidir).
Soruldu :
Carnot motorunun verimliliği (e) nedir?
Cevab :

Doğru cevap A şıkkıdır.

6. Carnot motorunun haznesinin yüksek sıcaklığı 600 K ve verimliliği %60'tır. %70 verimliliğe ulaşmak için Carnot motorunun haznesinin yüksek sıcaklığı ne olmalıdır?
A. 500 K
B. 800 K
Yaklaşık 1000 K
D. 1200 K
E. 1500 K
Pembahasan:
Bilinen :
Veri 1 : T_H = 600 K, e = %60
Veri 2 : T_H = …. K ?, e = 70 %
Soruldu :
Yüksek sıcaklık (T_H)
Cevab :
Veri 1'i kullanarak düşük sıcaklığı (T) hesaplayın._L).
T'yi kullanın_L ve yüksek sıcaklığı (T) hesaplamak için veri 2_H)
%70 verimliliğe ulaşmak için yüksek sıcaklık 800 Kelvin olmalıdır.
Doğru cevap B şıkkıdır.

7. Aşağıdaki Carnot motorunun PV grafiğine bakın. Eğer W = 5000 Joule ise, motorun her çevrimde açığa çıkardığı ısı miktarı...
A. 2.315 Joule
B. 3.475 Joule
Yaklaşık 3.750 Joule
D. 5.000 Joule
5.600 Joule

Pembahasan:
Bilinen :
W = 5000 Joule
T_H = 780 bin
T_L = 320 bin
Soruldu :
Q₂ ?
Cevab :
Carnot motorunun verimliliği:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
Isının sadece %59'u iş yapmak için kullanılır. Bu veriyi kullanarak Carnot motorunun emdiği ısıyı hesaplayın (Q).₁).
(0,59)(Q₁) = 5000 Joule
Q₁ = 5000 Joule / 0,59 = 8475 Joule
Motorun emdiği ısı miktarı 8475 Joule'dür.
Motorun her çevrimde açığa çıkardığı ısı miktarı:
W = Q₁ - Q₂
5000 Joule = 8475 Joule – Q₂
Q₂ = 8475 Joule – 5000 Joule
Q₂ = 3475 Joule
Doğru cevap B şıkkıdır.

8. Aşağıdaki Carnot motorunun PV diyagramına bakın! Eğer emilen ısı (Q)₁Eğer ) = 8000 Joule ise, Carnot motorunun yaptığı iş...
A. 1640 J
B. 4720 J
C. 5640 J
D. 6270 J
E. 8840 J

Pembahasan:
Bilinen :
Q₁ = 8000 J
T_H = 820 bin
T_L = 380 bin
Soruldu :
Ne?
Cevab :
Carnot motorunun verimliliği:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
Isının yalnızca %54'ü iş yapmak için kullanılır. Bu veriyi kullanarak Carnot motorunun yaptığı işi (W) hesaplayın.
(0,59)(8000) = 4720 Joule
Carnot motorunun yaptığı iş 4720 Joule'dür.
Doğru cevap B şıkkıdır.

9. Bir Carnot motoru, 520 °C'lik bir ısı rezervuarı ile diğer ısı rezervuarı arasında çalışır. ^oC ve soğuk su deposu 110 ^oC. Makine sıcak hazneden 3000 Joule ısı emerse, makineden atılan ısı miktarı ne kadardır?
A. 450 joule
B. 800 joule
Yaklaşık 1000 dakika
D. 1200 joule
E. 1440 joule
Pembahasan:
Bilinen :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000 J
Soruldu :
Q₂ = … ?
Cevab :
Carnot motorunun verimliliği:
e = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Bu verileri kullanarak motorun yaptığı işi (W) hesaplayın.
(0,52)(3000) = 1560 Joule
Makinenin yaptığı iş 1560 Joule'dür.
Motor tarafından salınan ısı miktarı:
Q₂ = 3000 Joule – 1560 Joule
Q₂ = 1440 Joule
Motorun açığa çıkardığı ısı 1440 Joule'dür.