Чему равен коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины если температура холодильника 0

Чему равен коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины если температура холодильника 0

На графике приведена зависимость КПД 7174cbd6aeaaa56e37102b72386bb2b9идеальной тепловой машины от температуры 7665f86c90dc0d374d5e7f4dcb03b56fее холодильника. Чему равна температура нагревателя этой тепловой машины? Ответ приведите в кельвинах.

КПД идеальной машины Карно связан с температурами нагревателя и холодильника соотношением 51b9347482d56db8948f6bf20890274cТаким образом, при фиксированной температуре нагревателя, КПД линейно зависит от температуры холодильника, что и отражает представленная на графике зависимость. Из выписанной выше формулы видно, что угловой коэффициент наклона графика связан с температурой нагревателя следующим образом. 81aaec311bbd0f1212fa30684074781c

Определим из графика угловой коэффициент, посчитав для этого тангенс угла наклона:

a1eed5e9be77bc5d9c48eaa93c8cce29

Следовательно, температура нагревателя тепловой машины равна dadcb7a72d61cdbacad9d513ffdbe7ea

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков.

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Источник

Чему равен коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины если температура холодильника 0

Для приведения в действие паровой машины в топке сжигают каменный уголь. Температура в топке составляет 1200 °C. Считая, что в качестве холодильника паровая машина использует атмосферу, температура которой равна 20 °C, определите максимальный теоретически возможный КПД этой паровой машины. Ответ выразите в процентах и округлите до целого числа.

Температура нагревателя равна 6f0ec52b0a48071e993fcc4f1cdf16c0температура холодильника равна 68dfc122bcfb684118b2a8b137e6a6f1Тогда КПД тепловой машины равен c57fa00064fe3f8bd06d25ee74092deb

Для приведения в действие паровой машины в топке сжигают каменный уголь. Температура в топке составляет 850 °C. Считая, что в качестве холодильника паровая машина использует атмосферу, температура которой равна 20 °C, определите максимальный теоретически возможный КПД этой паровой машины. Ответ выразите в процентах и округлите до целого числа.

Температура нагревателя равна 0fd47d9456ccdecfee370d3838b4851fтемпература холодильника равна 68dfc122bcfb684118b2a8b137e6a6f1Тогда КПД тепловой машины равен 5950ed131a4eff954aeafc496ca4978f

Аналоги к заданию № 23296: 23328 Все

Кусок свинца, находившийся при температуре +27,5 °C, начали нагревать, подводя к нему постоянную тепловую мощность. Через 39 секунд после начала нагревания свинец достиг температуры плавления +327,5 °C. Через сколько секунд после этого момента кусок свинца расплавится? Потери теплоты отсутствуют. (Удельная теплоёмкость свинца — 130 Дж/(кг · °С), удельная теплота плавления свинца — 25 кДж/кг.)

Зная количество теплоты, необходимое для нагревания свинца, и время, можем найти мощность нагревателя

caab4a166274fd5369349d9416c029d0

Чтобы расплавить свинец, необходимо количество теплоты d335763974b09650892c5d43d5f38bf7Таким образом, при том же нагревателе, кусок свинца расплавится через

7ea05131c3bb70a42f67d812db98d555

Кусок льда, находившийся при температуре −90 °C, начали нагревать, подводя к нему постоянную тепловую мощность. Через 63 секунды после начала нагревания лёд достиг температуры плавления. Через сколько секунд после этого момента кусок льда расплавится? Потери теплоты отсутствуют. (Удельная теплоёмкость льда — 2100 Дж/(кг · °С), удельная теплота плавления льда — 330 кДж/кг.)

Зная количество теплоты, необходимое для нагревания льда, и время, можем найти мощность нагревателя

caab4a166274fd5369349d9416c029d0

Чтобы расплавить лёд, необходимо количество теплоты d335763974b09650892c5d43d5f38bf7Таким образом, при том же нагревателе, кусок льда расплавится через

75f9bbc81f5a987c961d4f036b1e885b

Аналоги к заданию № 10640: 10708 Все

На графике приведена зависимость КПД 7174cbd6aeaaa56e37102b72386bb2b9идеальной тепловой машины от температуры 7665f86c90dc0d374d5e7f4dcb03b56fее холодильника. Чему равна температура нагревателя этой тепловой машины? Ответ приведите в кельвинах.

КПД идеальной машины Карно связан с температурами нагревателя и холодильника соотношением 51b9347482d56db8948f6bf20890274cТаким образом, при фиксированной температуре нагревателя, КПД линейно зависит от температуры холодильника, что и отражает представленная на графике зависимость. Из выписанной выше формулы видно, что угловой коэффициент наклона графика связан с температурой нагревателя следующим образом. 81aaec311bbd0f1212fa30684074781c

Определим из графика угловой коэффициент, посчитав для этого тангенс угла наклона:

a1eed5e9be77bc5d9c48eaa93c8cce29

Следовательно, температура нагревателя тепловой машины равна dadcb7a72d61cdbacad9d513ffdbe7ea

На графике приведена зависимость КПД ffe9f913124f345732e9f00fa258552eидеальной тепловой машины от температуры f008dd7664a7f0349b2d30679e4cc1a3её холодильника. Чему равна температура нагревателя этой тепловой машины? Ответ приведите в кельвинах.

КПД идеальной машины Карно связан с температурами нагревателя и холодильника соотношением 51b9347482d56db8948f6bf20890274cТаким образом, при фиксированной температуре нагревателя, КПД линейно зависит от температуры холодильника, что и отражает представленная на графике зависимость. Из выписанной выше формулы видно, что угловой коэффициент наклона графика связан с температурой нагревателя следующим образом. 81aaec311bbd0f1212fa30684074781c

Определим из графика угловой коэффициент, посчитав для этого тангенс угла наклона:

b661abb57e7fdc0f64f50d94d790b4bd

Следовательно, температура нагревателя тепловой машины равна 8f0d52bbd4f7d62ff54debad7d55bbf2

Возьмём любую точку графика, например, (1200 К, 0,2) и подставим значения в формулу для КПД машины Карно:

f6e3f2809c63fadda04f09e7729af827

931332b0a9b93eedc6f5422d741d9448

6c7d49a38955c597a6514ace144e0692

Идеальная тепловая машина использует в качестве рабочего тела 1 моль идеального одноатомного газа. Установите соответствие между КПД этой тепловой машины и соотношением между физическими величинами в циклическом процессе. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца.

Критерии оценивания выполнения задания Баллы
2

1) Работа, совершаемая газом, 20 Дж; количество теплоты, полученное газом, 80 Дж.

2) Количество теплоты, отданное газом, 20 Дж; количество теплоты, полученное газом, 100 Дж.

3) Температура холодильника 300 К; температура нагревателя 375 К.

4) Разность температур нагревателя и холодильника 300 К; температура нагревателя 400 К.

КПД,% СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ

ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ В ЭТОМ

ЦИКЛИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Работу, совершаемую газом можно вычислить по формуле: ce8e6883b483f8ac13c4618f805d1982где d47fb18b456b1f8392cb799b18529463— тепло, передаваемое от нагревателя, ffe9f913124f345732e9f00fa258552e— коэффициент полезного действия. Следовательно, в случае А) работа совершённая газом равна 70ca34536291993e12994caf2fe7332fВ случае Б) — 82d2cbbd98f2aae3ca105221c4c85a33Значит, газ отдал количество теплоты, равное 99271d5781523512519e58f22652f25e

КПД можно вычислить по формуле: bdd945ab49b2cf0da538285c7ac006c5где d8e67d1b77fd943263632f76f4236109— соответственно температура нагревателя и холодильника. Значит, КПД для пункта 3: b81bed904c8cf5c0dc383773638d6e1dто есть 20%. Для случая 4: 44ac905fcd72495b17976e6a88d3833aто есть 75%.

Аналоги к заданию № 6647: 6686 Все

Температуру холодильника идеальной тепловой машины уменьшили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

КПД тепловой машины Количество теплоты, отданное газом

холодильнику за цикл работы

Работа газа за цикл

Если понизить температуру холодильника при неизменной температуре нагревателя, КПД идеальной тепловой машины увеличится: 7117bd1a291b22251ee4fa0143c8ba27КПД связано с работой газа 7fc56270e7a70fa81a5935b72eacbe29и количеством теплоты 67f5064093fe41d92894bcb3c8d5dcddполученным газом за цикл, соотношением b4ceba1622c5ffd62fe2ecfdd5cf933bТаким образом, поскольку при понижении температуры холодильника количество теплоты, получаемое газом от нагревателя за цикл, не изменяется, заключаем, что работа газа за цикл увеличится. Отданное холодильнику количество теплоты можно найти из закона сохранения энергии: 49ad8688c14f7ab662d735c7d8f8f384Так как после понижения температуры холодильника количество теплоты 94ed4a86d76b2b9f00dbbf5c227bd079останется неизменным, а работа возрастет, количество теплоты a49360ece82a8a4f8d06d89f2a8bd8e7отданное холодильнику за цикл работы, уменьшится.

Источник

Задачи на КПД теплового двигателя: примеры решений

af44093e715d483bb49358dfb19dd177

У нас уже была внутренняя энергия и первое начало термодинамики, а сегодня разберемся с задачами на КПД теплового двигателя. Что поделать: праздники праздниками, но сессию ведь никто не отменял.

Присоединяйтесь к нам в телеграме и получайте полезную рассылку каждый день. А приступая к практике, не забывайте держать под рукой памятку по задачам и полезные формулы.

Задачи по физике на КПД теплового двигателя

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №1

Условие

Вода массой 175 г подогревается на спиртовке. Пока вода нагрелась от t1=15 до t2=75 градусов Цельсия, масса спиртовки уменьшилась с 163 до 157 г Вычислите КПД установки.

Решение

Коэффициент полезного действия можно вычислить как отношение полезной работы и полного количества теплоты, выделенного спиртовкой:

screenshot 1

Полезная работа в данном случае – это эквивалент количества теплоты, которое пошло исключительно на нагрев. Его можно вычислить по известной формуле:

screenshot 2

Полное количество теплоты вычисляем, зная массу сгоревшего спирта и его удельную теплоту сгорания.

screenshot 3

Подставляем значения и вычисляем:

screenshot 4

Ответ: 27%

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №2

Условие

Старый двигатель совершил работу 220,8 МДж, при этом израсходовав 16 килограмм бензина. Вычислите КПД двигателя.

Решение

Найдем общее количество теплоты, которое произвел двигатель:

screenshot 5

Теперь можно рассчитать КПД:

screenshot 6

Или, умножая на 100, получаем значение КПД в процентах:

screenshot 7

Ответ: 30%.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №3

Условие

Тепловая машина работает по циклу Карно, при этом 80% теплоты, полученной от нагревателя, передается холодильнику. За один цикл рабочее тело получает от нагревателя 6,3 Дж теплоты. Найдите работу и КПД цикла.

Решение

КПД идеальной тепловой машины:

screenshot 8

screenshot 9

Вычислим сначала работу, а затем КПД:

screenshot 10

Ответ: 20%; 1,26 Дж.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №4

Условие

screenshot 11

Решение

Проанализируем цикл, а КПД будем вычислять через подведенное и отведенное количество теплоты. На адиабатах тепло не подводится и не отводится. На изобаре 2 – 3 тепло подводится, объем растет и, соответственно, растет температура. На изохоре 4 – 1 тепло отводится, а давление и температура падают.

screenshot 12

screenshot 13

screenshot 14

Ответ: См. выше.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №5

Условие

Тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 2,94 кДж и отдаёт за один цикл охладителю количество теплоты Q2 = 13,4 кДж. Найдите КПД цикла.

Решение

Запишем формулу для КПД:

screenshot 15

screenshot 16

Ответ: 18%

Вопросы на тему тепловые двигатели

Вопрос 1. Что такое тепловой двигатель?

Ответ. Тепловой двигатель – это машина, которая совершает работу за счет энергии, поступающей к ней в процессе теплопередачи. Основные части теплового двигателя: нагреватель, холодильник и рабочее тело.

Вопрос 2. Приведите примеры тепловых двигателей.

Ответ. Первыми тепловыми двигателями, получившими широкое распространение, были паровые машины. Примерами современного теплового двигателя могут служить:

Вопрос 3. Может ли КПД двигателя быть равен единице?

Ответ. Нет. КПД всегда меньше единицы (или меньше 100%). Существование двигателя с КПД равным единице противоречит первому началу термодинамики.

КПД реальных двигателей редко превышает 30%.

Вопрос 4. Что такое КПД?

Ответ. КПД (коэффициент полезного действия) – отношение работы, которую совершает двигатель, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Вопрос 5. Что такое удельная теплота сгорания топлива?

Ответ. Удельная теплота сгорания q – физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива массой 1 кг. При решении задач КПД можно определять по мощности двигателя N и сжигаемому за единицу времени количеству топлива.

Задачи и вопросы на цикл Карно

Затрагивая тему тепловых двигателей, невозможно оставить в стороне цикл Карно – пожалуй, самый знаменитый цикл работы тепловой машины в физике. Приведем дополнительно несколько задач и вопросов на цикл Карно с решением.

Цикл (или процесс) Карно – это идеальный круговой цикл, состоящий из двух адиабат и двух изотерм. Назван так в честь французского инженера Сади Карно, который описал данный цикл в своем научном труде «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1894).

Задача на цикл Карно №1

Условие

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 73,5 кДж. Температура нагревателя t1 =100° С, температура холодильника t2 = 0° С. Найти КПД цикла, количество теплоты, получаемое машиной за один цикл от нагревателя, и количество теплоты, отдаваемое за один цикл холодильнику.

Решение

Рассчитаем КПД цикла:

screenshot 17

С другой стороны, чтобы найти количество теплоты, получаемое машиной, используем соотношение:

screenshot 1

Количество теплоты, отданное холодильнику, будет равно разности общего количества теплоты и полезной работы:

screenshot 2

Ответ: 0,36; 204,1 кДж; 130,6 кДж.

Задача на цикл Карно №2

Условие

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А=2,94 кДж и отдает за один цикл холодильнику количество теплоты Q2=13,4 кДж. Найти КПД цикла.

Решение

Формула для КПД цикла Карно:

screenshot 3

Здесь A – совершенная работа, а Q1 – количество теплоты, которое понадобилось, чтобы ее совершить. Количество теплоты, которое идеальная машина отдает холодильнику, равно разности двух этих величин. Зная это, найдем:

screenshot 4

Ответ: 17%.

Задача на цикл Карно №3

Условие

Изобразите цикл Карно на диаграмме и опишите его

Решение

Цикл Карно на диаграмме PV выглядит следующим образом:

screenshot 5

Ответ: см. выше.

Вопрос на цикл Карно №1

Сформулируйте первую теорему Карно

Ответ. Первая теорема Карно гласит: КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства машины, ни от вида или свойств её рабочего тела.

Вопрос на цикл Карно №2

Может ли коэффициент полезного действия в цикле Карно быть равным 100%?

Ответ. Нет. КПД цикла карно будет равен 100% только в случае, если температура холодильника будет равна абсолютному нулю, а это невозможно.

Если у вас остались вопросы по теме тепловых двигателей и цикла Карно, вы можете смело задавать их в комментариях. А если нужна помощь в решении задач или других примеров и заданий, обращайтесь в профессиональный студенческий сервис.

c38b6d050dfd47d58c2cff2970fdd37e.small

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник

Комфорт
Adblock
detector