Температуру холодильника тепловой машины увеличили оставив температуру: Температуру холодильника тепловой машины увеличили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД те

Задание 11 ЕГЭ по физике 2023

Задание относится к базовому уровню сложности. За правильное выполнение получишь 2 балла.

На решение примерно отводится 3—5 минут.

Для выполнения задания 11 по физике необходимо знать:

физ.величины и понимание физ.явлений.
темы термодинамики и молекулярно кинетической теории.
Тепловое равновесие.
Тепловая мощность.
Уравнение Менделеева – Клапейрона
2 закона термодинамики

Could not load xLike class!

Сосуд разделён на две равные по объёму части пористой неподвижной перегородкой. В начальный момент времени в левой части сосуда содержится 4 моль гелия, в правой – 40 г аргона. Перегородка может пропускать молекулы гелия и является непроницаемой для молекул аргона. Температура газов одинаковая и остаётся постоянной. Выберите два верных утверждения, описывающих состояние газов после установления равновесия в системе.

Концентрация гелия в правой части сосуда в 2 раза меньше, чем аргона.
Отношение давления газов в правой части сосуда к давлению газа в левой части равно 1,5.
В правой части сосуда общее число молекул газов меньше, чем в левой части.
Внутренняя энергия гелия и аргона одинакова.
В результате установления равновесия давление в правой части сосуда увеличилось в 3 раза.

Обсуждение

Зависимость давления одного моля одноатомного идеального газа от температуры показана на рисунке. Выберите из предложенных утверждений два, которые верно отражают результаты этого эксперимента.

В процессе 1-2 газ совершал работу.
В процессе 2-3 газ внутренняя энергия газа увеличилась.
В процессе 3-1 внутренняя энергия газа оставалась постоянной.
В процессе 3-1 над газом совершалась работа.
В процессе 2-3 отдал положительное количество теплоты.

Обсуждение

В комнате начинают увеличивать температуру с 300 К до 310 К. Выберите два правильных утверждения.

Давление воздуха увеличивается
Давление воздуха уменьшается
Концентрация молекул воздуха увеличивается
Влажность воздуха увеличивается
Объем воздуха становится больше

Обсуждение

В двух закрытых сосудах равных объемов охлаждают два разных газа 1 и 2. На рисунке представлен график зависимости давления этих газов от времени. Начальные температуры газов одинаковы. Выберите из предложенных утверждений два, которые верно отражают результаты этого эксперимента.

Температура обоих газов с течением времени уменьшается.
Количество вещества первого газа равно количеству вещества второго.
Объемы газов в момент времени 20 минут равны.
Газы не совершают работу в первые 20 минут.
Внутренняя энергия второго газа увеличивается с течением времени.

Обсуждение

Температуру нагревателя тепловой машины увеличили в два раза, оставив температуру холодильника неизменной. Как изменятся следующие величины: КПД двигателя, и работа за цикл.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

увеличится
уменьшится
не изменится

КПД двигателя	Работа за цикл

Обсуждение

Начать

Страница не найдена | «Лебяжьевский агропромышленный техникум»

Воспользуйтесь поиском.

Найти:

ВАЖНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Уважаемые студенты и родители!

По решению комиссии Правительства Курганской области по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению пожарной безопасности и оперативным штабом по предупреждению завоза и распространения на территории Курганской области новой коронавирусной инфекции учебные занятия для студентов техникума проводятся в соответствии с расписанием. размещенным в разделе «Дистанционное обучение», для студентов Мокроусовского филиала в соответствии с расписанием, размещённым в разделе «Мокроусовский филиал» на сайте техникума. Взаимодействие преподавателей и студентов осуществляется через электронное обучение и дистанционные образовательные технологии.

В разделах «Новости» и «Информация для обучающихся» размещена познавательная информация. Все службы профессиональных образовательных организаций работают в штатном режиме, преподаватели работают в соответствии с расписанием. Рекомендуем также не посещать общественные места: парки, кафе, торговые центры. Такая мера поможет защититься от заражения.

Горячая линия техникума – 8(35-237) 9-18-23, Электронная почта – [email protected].

Версия для слабовидящих

И.о. директора Лопарева Наталья Александровна 8-919-580-62-87

Учебный корпус: 8-35-237-9-18-23

дополнительны номера:

приемная: 202

руководитель воспитательной службы: 203

бухгалтерия:

204

общежитие: 8-35-327-9-18-21

доп. номер: 205

Мокроусовский филиал:

Руководитель Новопашина Галина Федоровна

телефон: 8 (35234) 9-80-78

Поиск по сайту

Найти:

Полезные ссылки

ЕГЭ-2016

Телефон доверия

Госуслуги

«>

Погода

Календарь записей

Март 2023
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
« Фев
	1	2	3	4	5
6	7	8	9	10	11	12
13	14	15	16	17	18	19
20	21	22	23	24	25	26
27	28	29	30	31

Информационный портал для специалистов по работе

БЕЗОПАСНОЕ ЛЕТО — 2020

45ПРОФОР

Тепловые двигатели и холодильники

Для преобразования теплоты в работу необходимо как минимум два места с разными температурами. Если вы возьмете в Q

максимум в температура T _{высокая} необходимо сбросить как минимум Q _низкая при температура T _низкая . Объем работы, которую вы получаете от тепловой двигатель W = Q _{высокий} — Q _низкий . Максимальный объем работы, который вы можете получить от тепловой двигатель это сумма, которую вы получите из реверсивного двигателя.

Вт _макс. = (Q _{высокий} — Q _низкий ) _{реверсивный} = Q _{высокий} — Q _{высокий} T _низкий /T _{высокий} = Q _{старший} (1 — T _низкий /T _{высокий} ).

W является положительным, если T

high больше T _low .

КПД тепловой машины отношение полученной работы к затраченной тепловой энергии температура, e = W/Q _{высокий} . Максимально возможное КПД е _макс такого двигателя

e _макс = W _макс /Q _{высокий} = (1 — T _низкий /T _{старший}) = (T _{высокий} — T _низкий)/T _{высокий}.

Паровые двигатели

Паровая машина — разновидность тепловой машины. Он забирает тепло от горячий пар, преобразует часть этого тепла в полезную работу и сбрасывает отдохнуть на более холодном окружающем воздухе. Максимальная доля тепла которые можно превратить в работу, можно найти, используя законы термодинамики, и она увеличивается с разницей температур между горячий пар и окружающий воздух. Чем горячее пар и чем холоднее воздух, тем эффективнее паровая машина при преобразовании тепло в работу.

В типичном паровом двигателе поршень движется вперед и назад внутри цилиндр. В котле вырабатывается горячий пар высокого давления. этот пар поступает в цилиндр через клапан. Однажды внутри цилиндр, пар выталкивается наружу на каждую поверхность, включая поршень. Поршень движется. Пар совершает механическую работу над поршень, а поршень совершает механическую работу над присоединенными механизмами к этому. Расширяющийся пар передает часть своей тепловой энергии это оборудование, так что пар становится холоднее, когда оборудование работает.

Когда поршень достигает конца своего диапазона, клапан останавливает поток пара и открывает цилиндр для наружного воздуха. после этого поршень может легко вернуться. Во многих случаях допускается использование пара. введите другой конец цилиндра так, чтобы пар толкал поршень вернуться в исходное положение. Как только поршень вернется в исходное положение начальной точки, клапан снова впускает пар высокого давления в цилиндр и весь цикл повторяется. В общем, тепло идет. от горячего котла к более прохладному окружающему воздуху и части этого тепла преобразуется в механическую работу движущимся поршнем. максимальный КПД паровой машины e

max = (T _пар — T _воздух )/T _пар . Фактическая эффективность обычно намного ниже.

Внешняя ссылка: Паровоз (Youtube)

Проблема:

Максимум возможный КПД паровой машины, принимающей теплоту при 100 ^o C и сброс его при комнатной температуре примерно 20 ^o C?

Решение:

Обоснование:
Максимальный КПД любой тепловой машины равен КПД двигателя Карно. e _max = (T _{высокий} — T _низкий )/T _{высокий} .
Детали расчета:
100 ^o C = 373 K и 20 ^o С = 293 К. максимально возможная эффективность
(T _{высокий} — T _низкий )/T _{высокий} = (373 — 293)/373 = 0,21 = 21%.

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания сжигает смесь топлива и воздуха. Наиболее распространенным типом является четырехтактный двигатель. Поршень скользит в и из цилиндра. Два или более клапана позволяют топливу и воздух для входа в цилиндр и газы, которые образуются, когда топливо и воздух сжечь, чтобы покинуть цилиндр. Когда поршень скользит вперед и назад внутри цилиндра изменяется объем, который могут занимать газы кардинально.

Процесс преобразования теплоты в работу начинается, когда поршень вытащили из цилиндра, расширив замкнутое пространство и позволив топливо и воздух поступают в это пространство через клапан. Это движение называется тактом впуска или тактом впуска . Далее топливо и воздушная смесь сжимается, вдавливая поршень в цилиндр. Это называется сжатием . ход

. В конце такта сжатия при топливно-воздушная смесь сжата максимально плотно, свеча зажигания в запаянном конце цилиндра срабатывает и воспламеняет смесь. Горячее горящее топливо имеет огромное давление и толкает поршень. из цилиндра. это рабочий ход — это то, что обеспечивает мощность двигателя и навесного оборудования. Наконец, сгоревший газ выдавливается из цилиндра через другой клапан в такте выпуска . Эти четыре удара повторяются снова и снова. Самый внутренний двигатели внутреннего сгорания имеют не менее четырех цилиндров и поршней. Там всегда хотя бы один цилиндр проходит рабочий такт, и это может нести другие цилиндры через нерабочие такты. максимальный КПД такого двигателя е _max = (T _{зажигание} — T _воздух )/T _{зажигание} где T _{зажигание} — температура топливно-воздушной смеси после воспламенения.

К максимизировать эффективность использования топлива, вы должны создать максимально горячую топливно-воздушной смеси после зажигания. Самая высокая эффективность, которая было достигнуто примерно 50% e _max .

Внешняя ссылка: Внутреннее сгорание двигатель (Ютуб)

Проблема:

Тепловая машина поглощает 360 Дж тепловой энергии и совершает 25 Дж работы в каждый цикл. Найти
(а) КПД двигателя и
б) тепловая энергия, выделяемая в каждом цикле.

Решение:

Обоснование:
Количество работы, которую вы получаете от тепловой машины, равно W = Q _{высокое} — Q _низкое.
КПД e = W/Q _{высокий} .
Детали расчета:
Q _{высокий} = 360 Дж. W = 25 Дж. Q _низкий = Q _{высокая} — W = 335 J.
(a) Эффективность e = W/Q _{высокая} = 6,9%.
(b) Излучаемая тепловая энергия Q _низкая = 335 Дж.

Теплота сама по себе не может течь от холодного объекта к горячему — это один из способов сформулировать второй закон термодинамики. Если бы мог, то сбрасывал тепло на Т _низкий могли просто стекать обратно в водохранилище на Т _{высокий} и сеть эффектом будет количество тепла ΔQ = Q _{высокое} — Q _низкое взято на Т _хай и преобразовано в работу ни с чем другим изменения в системе.

Предположим, вы хотите отобрать тепло из места с низкой температурой и сбросить это в месте с более высокой температурой T _{и высокой} . Вы хотите построить холодильник или кондиционер . Для такое устройство мы определяем коэффициент производительность КПД как отношение количества тепла, отводимого при более низкая температура работы, вложенной в систему (т.е. двигатель).

COP = Q _низкий /(-W) = Q _низкий /(Q _{высокий} — Q _низкий ).

Наилучший возможный коэффициент полезного действия

COP _макс. = Q _низкий /(Q _{высокий} — Q _низкий ) _макс = Q _{младшая} /(Q _{младшая} (T _высшая /T _{младшая} ) _{— Q _{младшая} ) = T _{младшая} /(T _высшая — T}

3 младшая), 1

_{младшая}

, если у нас есть реверсивный двигатель, перемещающий тепло. Для настоящего двигатель Q _high больше, чем Q _low T _high /T _low, и коэффициент полезного действия меньше.

Для холодильника, поддерживающего внутреннюю температуру 4 ^o С = 277 K в помещении при 22 ^o C = 299 K наилучшее возможное коэффициент полезного действия COP _max = 277/(299 — 277) = 12.6. Наилучшее соотношение количества отводимой теплоты к проделанная работа равна 12,6. Тепло не может течь изнутри обычного холодильник в более теплое помещение, если мы не подключим электродвигатель который работает на хладагенте.

Кондиционер — это холодильник, внутри которого находится охлаждаемое помещение (T _номер = T _низкий ) и чья внешняя сторона — это великолепная природа (T _{внешняя} = T _{высокий} ). В кондиционере используется материал называют «рабочей жидкостью» для передачи тепла из помещения в свежий воздух. Рабочая жидкость – это материал, который преобразует легко из газа в жидкость и наоборот в широком диапазоне температуры и давления. Эта рабочая жидкость движется через три основных компонента кондиционера, компрессор , конденсатор , и испаритель в непрерывном цикле.

Рабочая жидкость поступает в испаритель внутри помещения в виде жидкость низкого давления примерно при температуре наружного воздуха.
Испаритель обычно представляет собой змеевидную трубу. Жидкость немедленно начинает испаряться и превращается в газ. В процессе поэтому он использует свою тепловую энергию, чтобы отделить свои молекулы от одного другой и становится очень холодно. Тепло поступает из помещения в этот холодный газ. Рабочая жидкость покидает испаритель в виде газ низкого давления немного ниже комнатной температуры и направляется в сторону компрессор.
Поступает в компрессор в виде газа низкого давления примерно при комнатной температуре. Компрессор сжимает молекулы этого газа ближе друг к другу, увеличивая плотность и давление газа. Поскольку сжатие газа связано с физической работой, компрессор передает энергию рабочей жидкости, и эта жидкость становится более горячей. рабочая жидкость выходит из компрессора в виде газа под высоким давлением значительно выше наружная температура воздуха.
Затем рабочая жидкость поступает в конденсатор снаружи, который обычно представляет собой змеевидную трубу. Так как жидкость горячее окружающего воздуха, тепло уходит из жидкости и в воздух. Затем жидкость начинает конденсироваться в жидкость и отдает дополнительную тепловую энергию при конденсации. Эта дополнительная тепловая энергия также передается в виде тепла в наружный воздух. Рабочая жидкость выходит из конденсатора в виде жидкости под высоким давлением при примерно температура наружного воздуха. Затем он протекает через сужение трубы в испаритель. Когда жидкость идет через сужение в трубе давление в ней падает и она попадает в испарителя в качестве жидкости низкого давления. Цикл повторяется.

В целом тепло отводится из помещения и доставляется в наружный воздух. Компрессор при этом потребляет электроэнергию. процесс, и эта энергия также становится тепловой энергией в наружном воздухе. Максимальный коэффициент такого кондиционера КПД _max = T _{комната} /(T _{снаружи} — T _{комната} ). Холодильники и тепловые насосы работают по одному и тому же принципу.

А тепловой насос — это холодильник, чей внутри — это великолепная природа, а снаружи — комната, которую нужно отапливать. коэффициент полезного действия теплового насоса – это отношение отдаваемой энергии при более высокой температуре работы, вложенной в систему, COP = Q _{высокий} / (Q _{высокий} — Q _низкий ). Наилучший возможный коэффициент полезного действия

COP _макс. (тепловой насос) = (Q _{высокий} /(Q _{высокий} — Q _низкий )) _макс.
= T _{высокий} /(T _{высокий} — T _низкий ) = T _{комнатный} /(T _{комнатный} — Т _{снаружи} )

Если наружная температура равна 41 ^o F = 5 ^o C = 278 K и комнатная температура 77 ^o F = 25 ^o C = 298K, тогда COP _макс. = 298/(298 — 278) = 14,9. Однако, если температура наружного воздуха опустится до 14 ^или F = -10 ^или C = 263 K, тогда E _max = 298/(298 — 263) = 8,5.

Примечание: КПД холодильника/кондиционера и КПД теплового насоса определяются по-разному. Мы всегда интересуются, сколько работы мы должны сделать или сколько полезной энергии мы должны инвестировать, чтобы чего-то добиться. Для холодильника или воздуха кондиционер нас интересует насколько эффективно отводится тепло от более холодного внутри за заданный объем выполненной работы. Для теплового насоса нас интересует в том, насколько эффективно тепло доставляется к более горячему внутри для данного количества работа выполнена. Коэффициент полезного действия дает нам эти соотношения.

Внешняя ссылка: цикл охлаждения (Youtube)

Проблема:

Какой КПД холодильника, работающего с Эффективность Карно между температурами от -3 ^o C и 27 ^o C?

Решение:

Обоснование:
Для холодильника COP _max = T _{младшая} /(T _{младшая} — T _{младшая} ).
Детали расчета:
Наилучший возможный коэффициент полезного действия
COP _макс. = T _{младшая} /(T _{младшая} — T _{младшая} ) = 270/(300 — 270) = 9,

Проблема:

Холодильник имеет коэффициент полезного действия, равный 5. Если холодильник поглощает 120 Дж тепловой энергии из холодного резервуара в каждом цикл, найти
(a) работу, выполненную в каждом цикле и
б) тепловая энергия, отводимая в горячий резервуар.

Решение:

Обоснование:
Для холодильника коэффициент полезного действия COP = Q _low /(-Вт).
Детали расчета:
(a) COP = Q _low /(-W). (-W) = Q _низкий /COP = 120/5 Дж = 24 Дж.
Работа выполняется в системе. Упорядоченная (электрическая) энергия преобразуется в тепловую энергию.
(b) (-W) = 24 J = Q _{высокий} — Q _низкий . Q _{высокий} = 24 Дж + 120 Дж = 144 Дж.

Встроенный вопрос 2

Выходная мощность теплового насоса больше, чем энергия, используемая для работы насос. Почему это утверждение не нарушает первый закон термодинамика?

Обсудите это со своими однокурсниками на дискуссионном форуме!

11.8: Тепловые двигатели и холодильники

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 8624

Джереми Татум
Университет Виктории

На рис. XI.8 схематично показан путь, пройденный состоянием рабочего тела, — обобщенная тепловая машина. В верхней части цикла (сплошная кривая) рабочее тело расширяется, а машина совершает работу. Проделанная работа на двигатель равен ∫ PdV или площади под этой частью кривой. В нижней части цикла (штриховая кривая) происходит сжатие рабочего тела; работа ведется на ит. Эта работа представляет собой площадь под пунктирной частью цикла. net работа, проделанная на двигатель во время цикла, равна работе, выполненной на двигателе, когда он расширяется минус работа, выполненная на во время части цикла сжатия, и это область, окруженная циклом.

В течение одной части цикла любой тепловой машины тепло передается в двигатель, а в течение других частей теряется теплота из его. Как описано в разделе 11.1, КПД η тепловой машины определяется как

\[ \eta=\frac{\textbf{ net} ~ \text{внешняя работа} ~ \textbf{by} ~ \text{двигатель во время цикла}}{\text {подведенное тепло} ~ \textbf{ to} ~ \textbf{двигатель во время цикла.}}\]

Обратите внимание, что слово «net» отсутствует в знаменателе. Эффективность также может быть рассчитано из

\[ \eta=\frac{Q_{\text {in}}-Q_{\text{out}}}{Q_{\text{in}}},\]

, хотя я подчеркиваю, что это не определение .

В двигателе Карно , который является наиболее эффективным мыслимым двигателем для данной температуры источника и стока, КПД составляет

\[ \eta=\frac{T_{2}-T_{1}}{T_{2}},\]

, где T ₂ и T ₁ — соответственно температуры горячего источника и холодного стока.

Если рабочее тело брать за цикл в PV -плоскости в направлении против часовой стрелки , то устройство холодильник .

В этом случае площадь, ограниченная циклом, равна чистой работе, совершаемой над рабочим телом. Если холодильник работает по обратному циклу Карно , то рабочее тело получает в (от чего бы оно ни пыталось охладить) количество теплоты Q ₁ при изотермическом расширении от d до c (см. рис. XI.1, но с перевернутыми стрелками) и выделяет a (большее) количество тепла 900 3 Q при изотермическом сжатии от b до a . Это количество Q ₂ выбрасывается в комнату, поэтому при включении холодильника в комнате становится теплее. (Что – вы никогда не замечали?) Охлаждающий эффект равно Q ₁ , так как это количество теплоты, полученное холодильником от охлаждаемого тела.

Коэффициент полезного действия холодильника определяется

\[ \frac{\text { охлаждающий эффект}}{\text {совершенная чистая работа} ~ \textbf{on} ~ \text{двигатель во время цикла. }}\]

По первому закону термодинамики знаменатель выражения равен Q ₂ − Q ₁ и для обратимого цикла карно, энтропия в равенстве энтропии, так что Q ₂ / Q ₁ = T ₂ / T _{. Следовательно, коэффициент полезного действия холодильного цикла Карно можно рассчитать по формуле}

\[ \frac{T_{1}}{T_{2}-T_{1}}.\]

Это значение, конечно, может быть намного больше 1, но ни один холодильник, работающий между одинаковыми температурами источника и стока, не может иметь коэффициент полезного действия больше, чем у реверсивного холодильника Карно.

Конечно, рабочее тело в реальном холодильнике («холодильнике») не является идеальным газом, и при этом не следует циклу Карно — слишком много практических трудностей на пути к осуществлению этой идеальной мечты. Как упоминалось в другом месте этого курса, я не практичный человек и не умею описывать настоящие, практичные машины. Фундаментальные принципы, описанные в этом разделе, безусловно, по-прежнему применимы в реальном мире! В реальном холодильнике рабочее вещество (хладагент ) представляет собой летучую жидкость, которая испаряется на одной стадии операции и конденсируется в жидкость на другой стадии. В промышленных холодильниках хладагентом может быть аммиак, но он считается слишком опасным для бытового использования. «Фреон», представляющий собой смесь хлорфторуглеродов, таких как CCl ₂ F ₂, какое-то время был в моде, но уже некоторое время было известно, что выделяющиеся хлорфторуглероды вызывают расщепление озона (O ₃) в атмосферу, тем самым разрушая нашу защиту от ультрафиолетового излучения Солнца. Хлорфторуглероды были в значительной степени заменены гидрофторуглеродами, такими как C ₂ H ₂ F ₄ , которые считаются менее разрушительными для озонового слоя. Точная формула или смесь, несомненно, является коммерческой тайной.

Жидкость нагнетается по системе труб с помощью насоса, называемого компрессором . Незадолго до того, как жидкость попадает в морозильную камеру, она уже находится в жидком состоянии и движется по довольно узким трубкам. Затем через сопло он поступает в систему более широких труб (испаритель ), окружающих морозильную камеру, и там испаряется, забирая тепло от пищи и воздуха в морозильной камере. Вентилятор также может распределять охлажденный воздух по остальной части холодильника. После выхода из морозильной камеры пар возвращается в компрессор, где он, разумеется, сжимается (поэтому насос и называется компрессором). Это производит тепло, которое рассеивается в помещении, когда жидкость проталкивается через ряд труб и лопастей, известных как конденсатор, в задней части холодильника, где жидкость снова конденсируется в жидкую форму. Затем цикл начинается заново.

Следующая сводка по тепловым двигателям и холодильникам Карно может оказаться полезной. (Но просто помните, что, хотя циклы Карно являются наиболее эффективными двигателями и холодильниками для заданных температур источника и стока, практическая реализация реального двигателя или холодильника может не быть идентична этому теоретическому идеалу.)

Обозначение :

T ₂ = более высокая температура

T ₁ = температура охладителя

Q ₂ = полученное или потерянное тепло на T ₂

Q ₁ = тепло, полученное или потерянное на T ₁

\( \Delta S=0 \qquad \frac{Q_{1}}{T_{1}}=\frac{Q_{2}}{T_{2}}\)

Тепловая машина :

\(\Delta U=0 \quad \text {Сетевая работа выполнена}~ \textbf{by} ~ \text{engine}=Q_{2}-Q_{1}. \)

\( \text { Эффективность } \eta=\frac{Q_{i n}-Q_{\text {out}}}{Q_{\text {in}}}=\frac{Q_{2}-Q_{1 }}{Q_{2}}=\frac{T_{2}-T_{1}}{T_{2}}\)

Холодильник :

\(\Delta U=0 \qquad \text {Сетевая работа выполнена} ~ \textbf{ вкл} ~ \text{холодильник }=Q_{2}-Q_{1}\)

\( \text {Коэффициент производительности} P=\frac{Q_{\text {in}}}{Q_{\text { oxt}}-Q_{\text {in}}}=\frac{Q_{1 }}{Q_{2}-Q_{1}}=\frac{T_{1}}{T_{2}-T_{1}}\)

Тепловой насос :

Принцип работы теплового насоса такой же, как и у холодильника, за исключением того, что его назначение другое. Цель холодильника — извлекать тепло из чего-либо (например, из еды) и, таким образом, делать его холоднее. То, что извлекаемое таким образом тепло поступает в помещение, чтобы сделать его теплее (по крайней мере, в принципе), является случайным. Важно то, сколько тепла извлекается из пищи, и поэтому уместно определить коэффициент полезного действия холодильника как холодопроизводительность (т. е. Q ₁ ), деленная на чистую работу, выполняемую холодильником за цикл. Но с тепловым насосом цель состоит в том, чтобы нагреть комнату , извлекая тепло извне. То, что на улице может стать прохладнее (по крайней мере, в принципе), это случайно. Таким образом, для теплового насоса подходящим определением коэффициента полезного действия является тепловой эффект (т. е. Q ₂ ), разделенный на чистую работу, выполняемую холодильником за цикл.

\( \Delta U=0 \qquad \text { Чистая работа выполнена} ~ \textbf{on} ~ \text{тепловой насос }=Q_{2}-Q_{1}\)

\( \text{Коэффициент производительности} ~ P=\frac{Q_{\mathrm{out}}}{Q_{\mathrm{out}}-Q_{\mathrm{in}}}=\frac{Q_{ 2}}{Q_{2}-Q_{1}}=\frac{T_{2}}{T_{2}-T_{1}}\)

Из этого уравнения видно, что чем теплее на улице ( T ₁ ), тем больше коэффициент полезного действия. Поэтому вы можете задаться вопросом, практично ли использовать тепловой насос для обогрева здания в холодном климате, например, зимой в Квебеке. А если нет, то можно ли придумать двигатель, который одновременно является холодильником и тепловым насосом; то есть он извлекает тепло из пищи (то есть охлаждает) и передает это тепло (плюс немного больше из-за работы, выполняемой холодильником / тепловым насосом) в комнату, чтобы эффективно обогревать комнату. . На это есть ответ в статье в Victoria Times-Colonist от 11 июня 2006 года, которую я с разрешения воспроизвожу ниже.

Кондиционер

Целью холодильника («холодильника») является откачка некоторого количества тепла Q ₁ из пищи (или того, что должно оставаться прохладным). Величина Q ₁ представляет собой «эффект охлаждения». При работе холодильника в помещение выделяется несколько большее количество Q ₂ тепла, хотя это не должно приводить к очень заметному повышению температуры помещения, отчасти потому, что помещение имеет большую теплоемкость , и отчасти потому, что большая часть этого тепла будет теряться через окна. Коэффициент полезного действия холодильника — это холодопроизводительность за цикл, Q ₁ , деленная на чистую работу, выполненную холодильником за цикл, и для цикла Карно его можно рассчитать по формуле T ₁ /( Т ₂ − Т ₁ ).

Целью теплового насоса является перекачка некоторого количества тепла Q ₁ извне и (за счет работы насоса) перекачка большего количества Q ₂ тепла в комнату – достаточно большой, чтобы заметно обогреть комнату, если не держать все окна настежь открытыми. Таким образом, коэффициент производительности должен быть определен как Q ₂, деленное на чистую работу, выполняемую холодильником за цикл. Для цикла Карно его можно рассчитать как T ₂ / ( T ₂ − T ₁ ).

Есть и третья возможность, а именно кондиционер. Это будет включать в себя осушитель, но в нашем нынешнем контексте мы рассматриваем его как устройство, целью которого является перекачка тепла из комнаты наружу, а не извне в комнату. В случае успеха в помещении станет прохладнее, чем снаружи. Таким образом, кондиционер больше похож на холодильник в том смысле, что коэффициент полезного действия равен 9 тепла.0488 Q ₁ извлечение за цикл из помещения, деленное на чистую работу, выполненную машиной за цикл. Для цикла Карно его можно рассчитать как T ₁ / ( T ₂ − T ₁ ).

\( \Delta U=0 \qquad \text {Сетевая работа выполнена} ~ \textbf{вкл} ~ \text{кондиционер }=Q_{2}-Q_{1}\).

\(\ text { Коэффициент полезного действия } P = \ frac {Q _ {\ text { in }}} {Q _ {\ text { out }} -Q _ {\ text { in }}} = \ frac {Q_ {1 }}{Q_{2}-Q_{1}}=\frac{T_{1}}{T_{2}-T_{1}}\).

Те, кто дочитал до этого момента, поймут, что существуют вещи, называемые тепловыми двигателями , холодильниками , тепловыми насосами и кондиционерами , которые представлены циклами Карно или аналогичными циклами со стрелками, идущими в разных направлениях, несколько уравнений с разными нижними индексами и слегка отличающиеся определения эффективности или коэффициента производительности. С тех пор, как я подготовил эти заметки, я обнаружил, что в реальном мире действительно существуют настоящие прочные машины, называемые 9.0488 тепловые двигатели, холодильники, тепловые насосы и кондиционеры . Я нашел две очень милые небольшие брошюры, описывающие настоящие тепловые насосы и настоящие кондиционеры, а также способы их установки для обогрева или охлаждения вашего дома. Они называются «Отопление и охлаждение с тепловым насосом» и «Кондиционирование воздуха в вашем доме» , каждая примерно по 50 страниц. Мои экземпляры датированы 1996 годом, переработаны в 2004 году, хотя я осмелюсь сказать, что вы могли бы получить более свежие экземпляры. Их можно бесплатно получить в Energy Publications, Office of Energy Efficiency, Natural Resources Canada, c/o S.J.D.S., 1779.Pink Road, Гатино, провинция Квебек, Канада J9J 3N7. Я нашел их очаровательными.

Эта страница под названием 11.8: Тепловые двигатели и холодильники распространяется в соответствии с лицензией CC BY-NC, ее автором, ремиксом и/или куратором является Джереми Татум.

Задание 11 ЕГЭ по физике 2023

Для выполнения задания 11 по физике необходимо знать: