Простая физика — EASY-PHYSIC

1. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно с температурой нагревателя 580 К и температурой холодильника  и совершает за один цикл работу 3 кДж. Количество теплоты, полученное за один цикл рабочим телом от нагревателя, равно

1) 2 кДж                             2) 3 кДж                                    3) 6 кДж                                         4) 9 кДж

Известно, что  ,  — сразу переходим к шкале температур Кельвина. Зная температуры нагревателя и холодильника, можем найти КПД машины:

КПД машины еще можно записать иначе:  , откуда искомое количество теплоты:  , или 6 кДж

Ответ: 3.

2. КПД тепловой машины 30%. За 10 с рабочему телу машины поступает от нагревателя 3 кДж теплоты. Средняя полезная мощность машины равна

1) 9 Вт                             2) 30 Вт                                    3) 90 Вт                                         4) 300 Вт

Средняя полезная мощность машины — это скорость выполнения работы, или работа, произведенная в единицу времени. Время у нас есть — 10 секунд, осталось найти производимую работу. Зная КПД, это сделать несложно:

,   Дж.

Найдем теперь среднюю мощность:  Вт

Ответ: 3.

3.Температура холодильника тепловой машины 400 К, температура нагревателя на 200 К больше, чем у холодильника. Максимально возможный КПД машины равен

1) 1/5                            2) 1/3                                    3) 1/2                                        4) 3/5

Определим температуру нагревателя:  .

Максимальным КПД машины будет, если она работает по циклу Карно. Тогда ее наибольший КПД: 

Ответ: 2.

4. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно, совершая за один цикл работу 2 кДж. Количество теплоты 2 кДж рабочее тело двигателя отдает за один цикл холодильнику, температура которого

. Температура нагревателя равна

1)                            2)                                    3)                                        4) 

Известно, что  Дж,  Дж.  Переходим к шкале Кельвина: . Если машина идеальная и потерь тепла не происходит, то тепло, взятое от нагревателя, пойдет на выполнение работы и частично будет передано холодильнику:  Дж. Тогда КПД машины , а теперь можем записать КПД через температуры нагревателя и холодильника:

, откуда и найдем температуру нагревателя:  ,  К, и не забудем, что ответ нам предложено дать в градусах Цельсия:  

Ответ: 1.

5. Иде­аль­ная теп­ло­вая ма­ши­на с тем­пе­ра­ту­рой хо­ло­диль­ни­ка 300 К и тем­пе­ра­ту­рой на­гре­ва­те­ля 400 К за один цикл своей ра­бо­ты по­лу­ча­ет от на­гре­ва­те­ля ко­ли­че­ство теп­ло­ты 10 Дж. За счёт со­вер­ша­е­мой ма­ши­ной ра­бо­ты груз мас­сой 10 кг под­ни­ма­ет­ся вверх с по­верх­но­сти земли. На какую вы­со­ту над землёй под­ни­мет­ся этот груз через 100 цик­лов ра­бо­ты ма­ши­ны?

1) 7,5 м
2) 10 м
3) 0,1 м
4) 2,5 м

Работа, которую совершает машина, пойдет на подъем груза. То есть нужно определить работу, совершаемую за цикл, и затем узнать, какая работа совершена за 100 циклов. Тело поднимается вверх, значит, его потенциальная энергия увеличивается. Вся работа, таким образом, пойдет на увеличение этой потенциальной энергии, и мы узнаем, на какую высоту подняли тело. Делаем!

Сначала работа за цикл.  Известно, что Дж,   К,  К. КПД машины (она идеальная):  , КПД через работу:  , а работа за один цикл тогда   Дж. Понятно, что за 100 циклов  будет совершена в 100 раз большая работа: 250 Дж.

Теперь пора вспомнить формулу потенциальной энергии: , и, наконец, находим высоту:  м.

Ответ: 4.

6. Иде­аль­ная теп­ло­вая ма­ши­на имеет тем­пе­ра­ту­ру хо­ло­диль­ни­ка 300 К и на­гре­ва­те­ля 800 К. Ко­ли­че­ство теп­ло­ты, по­сту­па­ю­щее за один цикл ра­бо­ты ма­ши­ны от на­гре­ва­те­ля к ра­бо­че­му телу, уве­ли­чи­ли на 160 Дж. Опре­де­ли­те, как и на сколь­ко из­ме­ни­лось ко­ли­че­ство теп­ло­ты, ко­то­рое отдаёт ра­бо­чее тело хо­ло­диль­ни­ку, если из­вест­но, что КПД теп­ло­вой ма­ши­ны остал­ся не­из­мен­ным?

1) уве­ли­чи­лось на 30 Дж
2) уве­ли­чи­лось на 60 Дж
3) умень­ши­лось на 60 Дж
4) умень­ши­лось на 160 Дж

Найдем КПД машины:  .  КПД машины можно записать . Тогда  , .

Теперь изменим количество теплоты  на 160 Дж: . Тогда  . Итак, количество теплоты, отдаваемое холодильнику, вырастет на 60 Дж.

Ответ: 2.

 7. На гра­фи­ке при­ве­де­на за­ви­си­мость КПД иде­аль­ной теп­ло­вой ма­ши­ны  от тем­пе­ра­ту­ры    ее хо­ло­диль­ни­ка. Чему равна тем­пе­ра­ту­ра на­гре­ва­те­ля этой теп­ло­вой ма­ши­ны?

 1) 500 К

2) 700 К
3) 1000 К
4) 1200 К

Возьмем на графике какую-нибудь точку, которой будут соответствовать целые значения КПД и температуры холодильника, например:

И по этим данным определим температуру нагревателя:  ,

,

K.

Ответ: 3.

 

работа цикла тепловой машины

Физика
Специальный поиск

Физика

Теория вероятностей и мат. статистика

Гидравлика

Теор. механика

Прикладн. механика

Химия

Электроника

Витамины для ума

Главная

Поиск по сайту

Формулы

Все задачи

Помощь

Контакты

Билеты

работа цикла тепловой машины

Задача 10168

Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Температура теплоотдатчика T

1 = 500 К, температура теплоприемника T2 = 250 К. Определить термически КПД η цикла, а также работу А1 рабочего вещества при изотермическом расширении, если при изотермическом сжатии совершена работа A2 = 70 Дж.

Решение

Задача 50138

Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. За один цикл рабочее тело машины получило от нагревателя 1200 Дж теплоты, совершило механическую работу, равную 500 Дж, и отдало холодильнику 800 Дж теплоты. Может ли реально существовать такая тепловая машина? Если нет, указать, какая физическая ошибка допущена в условии задачи.

Решение

Задача 50354

Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно, термический КПД которого 40 %. Температура холодильника 0 °С. Найти температуру нагревателя и работу изотермического сжатия, если работа изотермического расширения 8 Дж.

Решение

Задача 50394

Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. В результате теплового процесса газ совершил работу в 9,8·103 Дж и отдал холодильнику количество теплоты, равное 4,19·104 Дж. Определить КПД цикла.

Решение

Задача 50461

Тепловая машина работает по циклу Карно. Определить кпд цикла, если известно, что за один цикл была произведена работа 3·103 Дж, и холодильнику было передано 1,35·104 Дж теплоты.

Решение

Задача 26411

Тепловая машина работает по циклу Карно, термический КПД которого равен 25%. Каков будет холодильный коэффициент машины, если она будет совершать цикл в обратном направлении?

Решение

Задача 13881

Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. При этом 80% теплоты, полученной от нагревателя, передается холодильнику, температура которого — 0° С. Определить температуру нагревателя и КПД машины.

Решение

Задача 15086

Тепловая машина работает по циклу, состоящему из двух изотерм и двух изохор, причем наибольшая температура 500 К, а наименьшая 300 К, наибольший объем 12 л, а наименьший 3 л. Найдите КПД цикла.

Решение

Задача 15322

Тепловая машина работает по циклу, состоящему из двух изотерм с температурами Т

1 = 546 К и Т2 = 273 К, и двух изобар (Р1 = 2Р2). Найти КПД цикла, если рабочим веществом служит воздух.

Решение

Задача 20085

Тепловая машина работает по циклу Карно, КПД которого 0,35. Каков холодильный коэффициент машины, если она будет совершать тот же цикл в обратном направлении? Холодильным коэффициентом называется отношение количества теплоты, отнятого от охлаждаемого тела, к работе двигателя, приводящего в движение машину. Какое количество теплоты машина возьмет у холодильника и какое передаст нагревателю, если за один цикл совершается работа 20 кДж?

Решение

Задача 22487

Тепловая машина работает по циклу Карно и рабочим веществом является идеальный газ. Чему равно отношение температур нагревателя и холодильника, если за один цикл машина производит работу А = 12 кДж и на изотермическое сжатие затрачивается работа A’ = 6 кДж?

Решение

.

4  × J

Вариант 4 : 1,2 × 10 4  × J

Свободно

CRPF Главный констебль Министр 22 февраля 2023 г. (Смена 1) Тест на основе памяти

1,3 миллиона пользователей

100 вопросов

100 баллов

90 минут

Концепция :

  • Carnot Engine . Идеально обратимый двигатель , который работает между двумя температурами T 1 (источник) и T 2 (раковина.
  • Двигатель Карно работает посредством серии двух изотермических и адиабатических процессов , называемых циклом Карно
    .
  • Шаги цикла Карно равны
    1. Изотермическое расширение
    2. Адиабатическое расширение
    3. Изотермическое сжатие
    4. Адиабатическое сжатие
  • КПД двигателя Карно определяется как отношение сети, проделанной двигателем за цикл, к теплоте, поглощаемой за цикл рабочим телом от источника.
  • Эффективность определяется как

\(\eta = \frac{W}{Q_1} =\frac{Q_1-Q_2}{Q_1} = 1-\frac{Q_2}{Q_1}\)

Где W = работа, Q 1  = Количество поглощенного тепла, Q

2  = Количество отведенного тепла

As \(\frac{{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}=\frac {{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}\)

​\( \eta =1-\frac{{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}\)

Где T1 = температура источника, а T2 = температура стока.

РАСЧЕТ:

Дано — T1 = 227+273 = 500 K, T 2 = 127 +273 = 400 K, тепло, поглощаемое двигателем Q 1 6 051{4} J\)

  • Следовательно, вариант 4 является ответом
Скачать решение PDF

Поделиться в WhatsApp

Последние обновления Airforce Group X

Последнее обновление: 11 ноября 2022 г.

Выдача пропускной карты Airforce Group X Phase 2 . 7 ноября 2022 года ВВС Индии (IAF) выпустили официальное уведомление о группе X IAF (01/2023). Отбор кандидатов будет зависеть от трех этапов: фаза 1 (письменный онлайн-тест), фаза 2 ( DV, тест на физическую подготовку, тест на адаптацию I и II) и этап 3 (медицинское обследование). Письменный экзамен проводился с 18 по 24 января 2023 года. Кандидаты, прошедшие все этапы процесса отбора, будут отобраны на должности группы X ВВС и получат зарплату в размере рупий. 30 000. Это одна из самых востребованных вакансий. Кандидаты могут проверить соответствие требованиям Airforce Group X здесь.

Второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики

Одним из первых ученых, заинтересовавшихся тепловыми двигателями, был француз. инженер по имени Сади Карно (1796-1832). Тепловая машина использует теплопередачу совершать работу в циклическом процессе. После каждого цикла двигатель возвращается в исходное состояние и готов повторить процесс преобразования (неупорядоченный —> упорядоченная энергия) снова.

Карно постулировал, что теплота не может быть поглощена при определенной температуре без другие изменения в системе и преобразованы в работу.   Это один из способов указать

второй закон термодинамика.  

Карно предположил, что идеальный двигатель, преобразующий максимальное количество теплового энергии в упорядоченную энергию, будет двигатель без трения. Это также было бы реверсивный двигатель . Само по себе тепло всегда исходит от объекта более высокой температуры к объекту с более низкой температурой. Реверсивный двигатель это двигатель, в котором теплопередача может менять направление, если температура один из объектов изменяется на крошечную (бесконечно малую) величину. Когда реверсивный двигатель заставляет тепло поступать в систему, оно течет в результате бесконечно малые перепады температур, или потому что существует бесконечно малая работа, совершаемая системой. Если бы такой процесс мог быть реально реализуемый, он будет характеризоваться непрерывным состоянием равновесие (т.

е. отсутствие перепадов давления или температуры) и будет происходит с такой скоростью, что требует бесконечного времени. Импульс любой компонент обратимого двигателя никогда не изменяется скачком в неупругом столкновение, так как это привело бы к необратимому, внезапному увеличению неупорядоченная энергия этого компонента. Настоящий двигатель всегда включает в себя по крайней мере небольшое количество необратимости. Тепло не будет течь без перепад температур и трение не могут быть полностью устранены.

Карно показал, что если идеальная обратимая машина, называемая двигателем Карно , улавливает количество теплоты Q 1 из резервуара при температуре T 1 , преобразует часть его в полезную работу и отдает количество теплоты Q 2 в пласт при температуре T 2 , тогда Q 1 /T 1 = Q 2 /T 2 . Здесь T – абсолютная температура, измеренная в Кельвина, а резервуар тепла — это система, такая как озеро, которая настолько велика, что его температура не меняется при выделении тепла, участвующего в рассматриваемом процессе течет в водохранилище или из него. Для преобразования теплоты в работу необходимо при не менее двух мест с разной температурой. Если вы возьмете Q 1 в температура T 1 необходимо сбросить как минимум Q 2 при температуре T 2 .

Пример идеализированного двигателя без трения, в котором все процессы обратимы, представляет собой идеальный газ в цилиндре, снабженном поршень. Цилиндр попеременно входит в контакт с одним из двух тепловых пласты при температурах Т 1 и Т 2 соответственно, при Т 1 выше Т 2 .


  1. Начнем с точки а на PV-диаграмме. Ставим цилиндр контакт с пластом на Т 1 и нагреть газ и в то же время расширяйте его по кривой, отмеченной (1). Чтобы сделать процесс обратимый, мы вытягиваем поршень очень медленно по мере поступления тепла в газа и следим за тем, чтобы температура газа оставалась примерно равной T 1 . Если бы мы медленно вталкивали поршень обратно, то температура была бы только быть бесконечно мало больше, чем T 1 и тепло потечет обратно из газа в резервуар. Изотермическое расширение , когда делается достаточно медленно, может быть обратимым процессом. Как только мы достигнем точки b в диаграмме количество теплоты Q 1 было передано от резервуар в газ. Поскольку расширение изотермическое, температура газа не изменилась.
  2. Отнимем цилиндр от резервуара в точке b и продолжим медленное обратимое расширение без поступления тепла в цилиндр. Расширение теперь является адиабатическим . При расширении газа температура падает, так как в цилиндр не поступает тепло. Мы позволяем газу расширяться, по кривой, отмеченной (2), пока температура не упадет до T 2 в точке, обозначенной c . Адиабатическая кривая имеет более отрицательный наклон чем изотермическая кривая.
  3. Когда газ достиг температуры T 2 ставим в контакте с резервуаром на Т 2 . Теперь медленно сжимаем газ изотермически при контакте с пластом при Т 2 , по кривой, отмеченной (3). Температура газа не поднимается и количество тепла Q 2 поступает из цилиндра в пласт при температуре T 2 .
  4. В точке d извлекаем цилиндр из резервуара на Т 2 и еще больше сожмите его, не выпуская тепло. За это адиабатический процесс температура повышается, а давление следует кривой, отмеченной (4). Если мы правильно выполним каждый шаг, мы сможем вернуться в точку a при температуре T 1 , откуда мы начали, и повторить цикл.

За один цикл мы передали в газ количество теплоты Q 1 при температура T 1 и отведенное количество тепла Q 2 при температуре T 2 .   Используя взаимосвязь между ΔU, ΔQ, и ΔW для различных термодинамических процессов, мы можем показать, что Q 1 /T 1 = Q 2 /T 2 .

Ссылка: Математические детали используя исчисление

Полезная работа, совершаемая тепловой машиной, равна W = Q 1 — Q 2 (энергосбережение). Идеальный реверсивный двигатель делает максимальное количество работы.

Любой реальный двигатель отдает больше тепла Q 2 в резервуаре при T 2 чем обратимый и, следовательно, совершает меньшую полезную работу.

максимальный объем работы вы можете поэтому выйти из тепловой машины — это то количество, которое вы получите от идеального, реверсивный двигатель.

Вт макс. = Q 1 — Q 2 = Q 1 — Q 1 T 2 /T 1 = Q 1 (1 — Т 2 / Т 1 ).

W является положительным, если T 1 больше T 2 .

КПД тепловой машины – это отношение полученной работы к тепловой энергии, вложенной при высокой температуре, e = W/Q высокий . Максимально возможный КПД e max таких двигатель

e макс = W макс /Q высокий = (1 — T младший /T высокий ) = (T высокий — T низкий )/T высокий .

Предположим, у вас есть резервуар с горячей водой с температурой T 1 . Можете ли вы взять количество теплоты Q 1 из этого резервуара и преобразовать это в работу? Нет! Вы можете преобразовать часть теплоты в работу, если у вас есть место с более низкой температурой T 2 , где вы можете сбросить часть жара. Двигатель, работающий за счет отвода тепла от резервуара с одной температуры быть не может.

Тепло не может быть поглощено при определенной температуре без каких-либо других изменений в системе и превращается в работу. Это один из способов сформулировать второй закон термодинамики.

Теплота сама по себе не может передаваться от холодного к горячему предмету. способ сформулировать второй закон термодинамики.

Если бы это было возможно, то тепло, сбрасываемое на T 2 , могло бы просто возвращаться в водохранилище на T 1 и чистый эффект будет количество тепла ΔQ = Q 1 — Q 2 принято в a T 1 и преобразуется в тепло без каких-либо других изменений в системе.

Проблема:

Определенный бензиновый двигатель имеет КПД 30,0%. Что бы температура горячего резервуара должна быть для двигателя Карно с таким КПД, если работает при температуре холодного пласта 200 o С?

Решение:

  • Обоснование:
    Для двигателя Карно Q 1 /Т 1 = Q 2 /T 2 .
    Двигатель Карно имеет максимальный КПД e max = (T high — T low )/T high .
  • Детали расчета:
    Если e max = 0,3, то 0,3 = 1 — (473 K)/T high . Т высокий = 473/0,7 = 675,7 К = 402,7 o С.
Проблема:

Изобретатель продает устройство и утверждает, что оно потребляет 25 кДж тепла при 600 К, передает в окружающую среду теплоту 300 К и совершает работу 12 кДж. Стоит ли инвестировать в это устройство?

Решение:

  • Обоснование:
    Двигатель Карно, потребляющий 25 кДж тепла и работающий при температуре от 600 до 300 К. может выполнить объем работы
    Вт макс. = Q высокий (1 — T низкий / T high ) = 25 кДж*(1 — 300/600) = 25 кДж/2 = 12,5 кДж.
    Утверждается, что эффективность устройства составляет 96% от e max . Нет известный двигатель приближается к e max . Трение и прочее потери снижают эффективность. Так что пока не запрещено вторым закона, маловероятно, что устройство будет работать так, как заявлено.

Примечание:
Неупорядоченная энергия не может быть полностью преобразована обратно в упорядоченную энергию.
Максимальный КПД тепловой машины, преобразующей тепловую энергию в упорядоченную, равен 100%*(T высокий — T низкий )/T высокий .
Здесь T high и T low — самая высокая и самая низкая температура. доступным для двигателя.

Упорядоченная энергия, с другой стороны, может быть полностью преобразована в другие формы энергии.