В идеальном тепловом двигателе абсолютная температура нагревателя 1200 к

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:
• 
• Полезная работа в данном случае – это эквивалент количества теплоты, которое пошло исключительно на нагрев. Его можно вычислить по известной формуле:
• 
• Полное количество теплоты вычисляем, зная массу сгоревшего спирта и его удельную теплоту сгорания.
• 
• Подставляем значения и вычисляем:
• 
• 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.

1. Решение
2. Найдем общее количество теплоты, которое произвел двигатель:
3. 
4. Теперь можно рассчитать КПД:
5. 
6. Или, умножая на 100, получаем значение КПД в процентах:
7. 
8. 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:
• 
• По условию:
• 
• Вычислим сначала работу, а затем КПД:
• 
• Ответ: 20%; 1,26 Дж.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №4

Условие

На диаграмме изображен цикл дизельного двигателя, состоящий из адиабат 1–2 и 3–4, изобары 2–3 и изохоры 4–1. Температуры газа в точках 1, 2, 3, 4 равны T1 , T2 , T3 , T4 соответственно. Найдите КПД цикла.

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.

1. Аналогично:
2. Получим результат:

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:
• Отсюда:
• 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:

• ракетный двигатель;
• авиационный двигатель;
• газовая турбина.

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.

1. Решение
2. Рассчитаем КПД цикла: 
3. С другой стороны, чтобы найти количество теплоты, получаемое машиной, используем соотношение:
4. Количество теплоты, отданное холодильнику, будет равно разности общего количества теплоты и полезной работы:
5. 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:

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:

Ответ: 17%.

Задача на цикл Карно №3

1. Условие
2. Изобразите цикл Карно на диаграмме и опишите его
3. Решение
4. Цикл Карно на диаграмме PV выглядит следующим образом:

• 1-2. Изотермическое расширение, рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты q1;
• 2-3. Адиабатическое расширение, тепло не подводится;
• 3-4. Изотермическое сжатие, в ходе которого тепло передается холодильнику;
• 4-1. Адиабатическое сжатие.

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 х. А если нужна помощь в решении задач или других примеров и заданий, обращайтесь в профессиональный студенческий сервис.

В идеальном тепловом двигателе абсолютная температура нагревателя 1200 к

. энергию вакуума и еще существующую только в теории – темную энергию. В этой статье, первой в рубрике «Теплотехника», я попытаюсь на простом и доступном языке, используя практический пример, рассказать о важнейшем виде энергии в жизни людей — о тепловой энергии и о рождающей ее во времени тепловой мощности.

Несколько слов для понимания места теплотехники, как раздела науки о получении, передаче и применении тепловой энергии. Современная теплотехника выделилась из общей термодинамики, которая в свою очередь является одним из разделов физики. Термодинамика – это дословно «теплый» плюс «силовой». Таким образом, термодинамика – это наука об «изменении температуры» системы.

Воздействие на систему извне, при котором изменяется ее внутренняя энергия, может являться результатом теплообмена. Тепловая энергия, которая приобретается или теряется системой в результате такого взаимодействия с окружающей средой, называется количеством теплоты и измеряется в системе СИ в Джоулях.

Если вы не инженер-теплотехник, и ежедневно не занимаетесь теплотехническими вопросами, то вам, столкнувшись с ними, иногда без опыта бывает очень трудно быстро в них разобраться. Трудно без наличия опыта представить даже размерность искомых значений количества теплоты и тепловой мощности.

Сколько Джоулей энергии необходимо чтобы нагреть 1000 метров кубических воздуха от температуры -37˚С до +18˚С. Какая нужна мощность источника тепла, чтобы сделать это за 1 час. На эти не самые сложные вопросы способны сегодня ответить «сходу» далеко не все инженеры.

Иногда специалисты даже помнят формулы, но применить их на практике могут лишь единицы!

Прочитав до конца эту статью, вы сможете легко решать реальные производственные и бытовые задачи, связанные с нагревом и охлаждением различных материалов. Понимание физической сути процессов теплопередачи и знание простых основных формул – это главные блоки в фундаменте знаний по теплотехнике!

Понятие абсолютного нуля

Абсолютный ноль температуры по сути понимание того, сколько энергии доступно от молекул газа в законе идеального газа.

Степень нагревания должна быть измерена в абсолютном масштабе (как Кельвин), чтобы закон идеального газа имел смысл. Идеальный газ – отсутствуют силы межмолекулярного воздействия.

Кроме того, идея абсолютного нуля играет важную роль в физике излучения абсолютно черного тела (сколько энергии излучает объект при определенной температуре) и максимально возможный КПД теплового двигателя (так называемый КПД Карно).

Понятие абсолютный ноль температуры также является частью физики изменения климата.

Средняя температура Земли, которая составляет около 15°C, будет 288 K. Если парниковые газы увеличат температуру планеты на 1%, то она не поднимется на 0,15 градуса, она поднимется на 2,88 градуса.

Кельвин и Цельсий имеют одинаковое приращение степени, но Кельвин-абсолютная шкала (что означает, что нулевая точка действительно равна нулю), а Цельсий – относительная шкала (нулевая точка произвольна – она была выбрана ученым). Вот почему температура будет увеличиваться на 2,88 градуса вместо 0,15 градуса.

Понимание того, как эти небольшие процентные изменения температуры Земли могут привести к радикальным последствиям для планеты, является важной частью климатологии.

Температура – это показания термометра, который измеряет, насколько горячее или холодное вещество. На микроскопическом уровне она характеризует среднюю кинетическую энергию молекул внутри материала или системы. Это измеримое физическое свойство объекта и может рассматриваться с другими измеримыми физическими свойствами, такими как скорость, масса и плотность и т.п.

Читать еще:  Глухой стук в двигателе на холостых оборотах ваз 2114

Обратимые и необратимые процессы

Первый закон термодинамики показывает количественную связь между теплотой, полученной системой, изменением её внутренней энергии и работой, произведённой системой над внешними телами. Но он не рассматривает направление передачи теплоты. И можно предположить, что теплота может передаваться как от горячего тела к холодному, так и наоборот. Между тем, в действительности это не так. Если два тела находятся в контакте, то теплота всегда передаётся от более нагретого тела к менее нагретому. Причём этот процесс происходит сам по себе. При этом во внешних телах, окружающих контактирующие тела, никаких изменений не возникает. Такой процесс, который происходит без совершения работы извне (без вмешательства внешних сил), называется самопроизвольным. Он может быть обратимым и необратимым.

Самопроизвольно остывая, горячее тело передаёт свою теплоту окружающим его более холодным телам. И никогда само собой холодное тело не станет горячим.

Термодинамическая система в этом случае не может возвратиться в первоначальное состояние. Такой процесс называется необратимым. Необратимые процессы протекают только в одном направлении.

Практически все самопроизвольные процессы в природе необратимы, как необратимо время.

Обратимым называется термодинамический процесс, при котором система переходит из одного состояния в другое, но может вернуться в исходное состояние, пройдя в обратной последовательности через промежуточные равновесные состояния. При этом все параметры системы восстанавливаются до первоначального состояния.

Обратимые процессы дают наибольшую работу. Однако в реальности их нельзя осуществить, к ним можно только приблизиться, так как протекают они бесконечно медленно. На практике такой процесс состоит из непрерывных последовательных состояний равновесия и называется квазистатическим.

Все квазистатические процессы являются обратимыми.

10. Топливные элементы

Топливный элемент, который принимает водород и кислород в качестве входных данных

Теплопередача: зависит от типа топливного элемента

Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые преобразуют химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию. При работе топливного элемента значительная часть входной энергии используется для выработки электрической энергии, а оставшаяся часть преобразуется в тепловую энергию в зависимости от типа топливного элемента.

Тепло, получаемое в ходе этого процесса, используется для повышения энергоэффективности. Теоретически топливные элементы являются гораздо более энергоэффективными, чем обычные процессы: если отработанное тепло улавливается в когенерационной схеме, эффективность может достигать 90%.

Что произошло в Рубцовске

В Рубцовске предельная цена тепловой энергии для абонентов «Рубцовского теплоэнергетического комплекса» пересмотрена решением управления края по госрегулированию цен и тарифов № 84 от 1 сентября.

Ранее было установлено: с 1 июля по 31 декабря «предельник» составит 2229,56 рублей за гигу. Но документ , который ввел эти параметры , утратил силу. И с 1 октября действует новая предельная цена: 2425,76 рублей за гигу ( для абонентов , получающих тепло от «Южной тепловой станции»).

Информацию о том , сколько будут платить рубцовчане по факту цена , мы сообщим позже.

Расчет спирали из нихрома и фехраля

Существует несколько способов расчета греющих спиралей, рассмотрим для начала более простой метод, учитывающий только сопротивление материала, а потом включим в расчет еще и изменение сопротивления под воздействием темепературы.

Способ расчета спирали по сопротивлению материала

В данном способе все довольно просто. Нам нужны первоначальные данные, на основе которых мы будем проводить вычисления. Они включают в себя:

• Мощность нагревательного элемента, который хотите получить
• Напряжение, при котором спираль будет работать
• Диаметр и тип проволоки, который имеется в наличии

Предположим, у нас имеется электроприбор, который должен работать с мощностью 12 Вт под напряжением 24 В. При этом мы используем проволоку из нихрома с сечением 0,2 мм.

1. Для вычислений нам потребуется самая элементарная формула из общеобразовательного курса физики:
2. Мощность (Р) = Напряжение (U) * Сила тока (I)
3. І = Р: U = 12 : 24 = 0,5 А
4. Теперь воспользуемся законом Ома для определения сопротивления:
5. Сопротивление (R ) = Напряжение (U) * Сила тока (I) = 24/0,5 = 48 Ом
6. Теперь нам нужна формула для определения длины проводника:
7. Длина (L) = Площадь сечения (S) * Сопротивление (R) / Плотность материала (ρ)

Как же узнать сопротивление нихромовой проволоки? Помочь в решении данной задачи нам помогут таблицы плотности материалов или формулы для вычисления значения. Итак, если у нас проволока имеет диаметр 0,2, значит площадь сечения по формуле будет 0,0314 мм2, сопротивление смотрим по таблице и получаем длину проволоки 1,3 м.

Но это все чисто теоретически, ведь мы не знаем, сможет ли выдержать проволока данного диаметра такой ток. Посмотрим таблицу, в ней указаны максимальные значения тока для проволоки определенного диаметра. В нашем случае это 0,65, значит наше значение 0,5 лежит в допустимых пределах.

Также не забывайте учесть среду, в которой будет работать нагреватель. Если вы греете жидкость, можно смело увеличивать силу тока вдвое, а если замкнутое пространство – наоборот, уменьшать.

Способ расчета спирали по температуре

Тот, способ, который мы описывали выше, является не очень точным по той причине, что нами не было взято в расчет изменение сопротивления резистивной проволоки при росте температуры. Поэтому его можно применять только для не слишком высоких температур до 200-250 градусов. Для высокотемпературных печей данный расчет будет совсем неточным, поэтому рассмотрим второй метод.

Возьмем муфельную печь отжига и определим объем камеры и нужную мощность. Помогут с вычислениями нам такие два правила.

• Если объем печи меньше 50 литров, то подбираем мощность 100 Вт на литр
• Если же объем печи больше 100 литров, мощность рассчитывается как 50-70 Вт на литр
• Допустим, наша печь отжига имеет объем 50 литров, мощность тогда будет 5 кВт. Если напряжение в сети должно быть стандартные 220 В, то сила тока и сопротивление будет равны:
• І = 5000:220 = 22,7 А
• R = 220:22,7 = 9,7 Ом
• Подключение звездой при напряжении 380 В потребует деления мощности на 3 фазы, тогда наша мощность для одной фазы будет равна 5кВт / 3 = 1,66 кВт
• Подключение звездой предполагает, что на каждую из фаз будет подаваться напряжение питания 220 В, следовательно значения сопротивления и силы тока будет такими:
• І = 1660/220 = 7,54 А
• R = 220/7,54 = 29,1 Ом
• Второй тип подключения ТЭНов для напряжения в 380 В «треугольник» предполагает подачу линейного напряжения в 380 В, поэтому мы получим:
• І = 1660/380 = 4,36 А
• R = 380/4,36 = 87,1 Ом
• При помощи ниже указанных таблиц мы можем найти удельную поверхностную мощность нагревательного элемента и вычислить на его основе длину проволоки.
• Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

В итоге, чтобы наша печь нагрелась до 1000 С, нагревательный элемент должен производить температуру в 1100 градусов. Возьмем таблицы и выберем соответствующие значения. Тогда получим:

1. Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2
2. Диаметр определяется по формуле d= 3 √((4*Rt*P 2 )/(π 2 *U 2 *Вдоп))
3. Rt — удельное сопротивление материала при нужной температуре берем из таблицы

• Если наша спираль изготовлена из нихрома марки Х80Н20, Rt будет равняться 1,025. Значит Рт=1,13 * 10 6 * 1,025 = 1,15 * 10 6 Ом на мм
• При подключении типа «звезда»: диаметр равен 1,23 мм, длина = 42 м
• Если же мы проверим результат по упрощенной формуле L=R/(p*k)
• Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м
• Из этого мы видим, что не учитывая температуру мы получаем совсем другое значение длины проволоки и более правильным является выбор второго метода.

Читать еще:  Что за модель двигателя на газ 67

ФИЗИКА

• Запасы внутренней энергии в океанах и земной коре можно считать практически неограниченными. Но располагать запасами энергии еще недостаточно. Необходимо уметь за счет энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства транспорта, тракторы и другие машины, вращать роторы генераторов электрического тока. Человечеству нужны двигатели — устройства, способные совершать работу.

Большая часть двигателей на Земле — это тепловые двигатели, т. е. устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Необратимость процессов в природе налагает определенные ограничения на возможность использования внутренней энергии для совершения работы тепловыми двигателями. Это прямо отражено во втором законе термодинамики в формулировке Кельвина (см. § 5.9).

Простейшая модель тепловой машины

Простейшую тепловую машину можно собрать из стакана с водой, капли анилина и горелки (рис. 5.14). Так как сосуд с водой подогревается снизу, то температура воды Т2 в верхних слоях, естественно, ниже, чем температура Т1 внизу.

Плотность анилина и плотность воды по-разному зависят от температуры. При Т1 плотность анилина меньше плотности воды, а при Т2 больше. Если влить холодный анилин в воду, то он опустится на дно.

После нагревания плотность анилина уменьшается и он всплывает. У поверхности вследствие охлаждения плотность анилина станет больше плотности воды, и капля вновь опустится на дно.

Затем весь цикл повторится.

При каждом цикле совершается положительная работа по преодолению трения при движении капли в воде. Если каплю внизу «нагружать», а вверху «разгружать», то такая тепловая машина может быть использована для подъема груза.

Если покрыть стакан стеклянной пластинкой, то температура верхних слоев воды увеличится и машина перестанет работать.

В нашей простейшей машине происходят процессы, общие для всех тепловых двигателей. Машина получает от нагревателя (горелки) количество теплоты Q1 и передает холодильнику (в данном случае атмосфере) количество теплоты Q2. За счет того, что Q1 > Q2, и совершается работа.

Принципы действия тепловых двигателей

Чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Во всех тепловых двигателях эта разность давлений достигается за счет повышения температуры рабочего тела на сотни градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.

Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ (см. § 3.11), который совершает работу при расширении. Обозначим начальную температуру рабочего тела (газа) через T1.

Эту температуру в паровых турбинах или машинах приобретает пар в паровом котле. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри самого двигателя.

Температуру T1 называют температурой нагревателя.

Роль холодильника

По мере совершения работы газ теряет энергию и неизбежно охлаждается до некоторой температуры Т2. Эта температура не может быть ниже температуры окружающей среды, так как в противном случае давление газа станет меньше атмосферного и двигатель не сможет работать.

Обычно температура Т2 несколько больше температуры окружающей среды. Ее называют температурой холодильника. Холодильником являются атмосфера или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара — конденсаторы.

В последнем случае температура холодильника может быть несколько ниже температуры атмосферы.

Таким образом, в двигателе рабочее тело при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы.

Часть энергии неизбежно передается атмосфере (холодильнику) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин.

Эта часть внутренней энергии безвозвратно теряется. Именно об этом и говорит второй закон термодинамики в формулировке Кельвина.

Физика ЕГЭ. Тема № 2.2 (базовый уровень) — ЕГЭ для VIP

4 декабря, 2021| Админ|

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Тематический тренинг ФИЗИКА (базовый уровень) с решениями и ответами. ТЕМА № 2.2. Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины. Задачи №№ 300-322 с ответами. Указания к решению задач №№ 303 и 318.

Вернуться к Списку заданий тематического тренинга по физике (ОГЛАВЛЕНИЕ).

Смотрите также тренинг по следующим темам:
1.6. Механика (изменение физических величин в процессах).
1.7.

Механика (установление соответствия между графиками и физическими величинами; между физическими величинами и формулами).
2.1.

Связь между давлением и средней кинетической энергией, абсолютная температура, связь температуры со средней кинетической энергией, уравнение Менделеева — Клапейрона, изопроцессы.

ЕГЭ Физика. ТЕМА № 2.2

Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины.

№ 300. При изотермическом сжатии газ передал окружающим телам 800 Дж количества теплоты. Какую работу совершил газ?

Правильный ОТВЕТ: –800 Дж.

№ 301. При изобарном нагревании газообразный гелий получил 100 Дж тепла. Каково изменение внутренней энергии гелия?

Правильный ОТВЕТ: 60 Дж.

№ 302. Какова работа идеального газа, если его внутренняя энергия увеличивается на 500 Дж без теплообмена с окружающей средой?

Правильный ОТВЕТ: –500 Дж.

№ 303. В сосуде под поршнем находится идеальный газ, который сжимают, совершая работу 2 кДж, и одновременно нагревают, сообщая ему количество теплоты 5 кДж. Определите изменение внутренней энергии газа.

Правильный ОТВЕТ: 7 кДж.

Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ

№ 304. При адиабатическом сжатии двух молей одноатомного идеального газа его температура повысилась на 10 К. Работа, совершаемая внешними телами над газом при таком сжатии, равна.

Правильный ОТВЕТ: 249 Дж.

№ 305. Внешними силами над идеальным одноатомным газом совершена работа 2400 Дж. При этом газ получает 1200 Дж количества теплоты. Найдите количество вещества, если температура газа увеличилась на 200 °С. Ответ округлите до сотых.

Правильный ОТВЕТ: 1,44 моль.

№ 306. Какова работа 10 моль гелия, если в процессе адиабатного расширения его температура понизилась на 20 °С?

Правильный ОТВЕТ: 2490 Дж.

№ 307. Идеальный газ совершает процесс a–b–c–d–e–f, изображённый на графике (см рис.). Найдите полную работу газа при переходе из начального в конечное состояние.

Правильный ОТВЕТ: 0,9 кДж.

№ 308. Идеальный газ совершает процесс a–b–c–d, изображённый на графике (см. рис.) в системе координат (р, V). Найдите полную работу газа при переходе из начального в конечное состояние.

Правильный ОТВЕТ: 700 Дж.

№ 309. Какова работа идеального газа, совершаемая в процессе 1–2, если р0 = 105 Па, V0 = 1 м3 (см рис.)?

Правильный ОТВЕТ: 750 кДж.

№ 310. На рТ–диаграмме (см. рис.) показан переход 1 моля одноатомного идеального газа из состояния 1 в состояние 2. Какое количество теплоты необходимо сообщить газу, чтобы он нагрелся на 20 °С?

Правильный ОТВЕТ: 249 Дж.

№ 311. На Тр–диаграмме представлен процесс изменения состояния одноатомного идеального газа (см. рис.). Внутренняя энергия уменьшилась на 30 кДж. Количество теплоты, отданное газом, равно…

Правильный ОТВЕТ: 30 кДж.

№ 312. Какую работу совершают над идеальным газом внешние силы в процессе 3–1 (см рис.), если р0 = 105 Па, V0 = 1 м3?

Правильный ОТВЕТ: 300 кДж.

№ 313. Во сколько раз температура нагревателя больше температуры холодильника, если газ, совершающий цикл Карно, за счёт каждых 2 кДж энергии, полученной от нагревателя, производит работу 600 Дж? Ответ округлите до сотых.

Правильный ОТВЕТ: в 1,43 раза.

№ 314. В плавильную печь было заложено 600 кг стали (температура плавления – 1400 °С, удельная теплоёмкость – 0,46 кДж/(кг • К), удельная теплота плавления – 62 кДж/кг), взятой при температуре 20 °С. При плавлении было сожжено 60 кг каменного угля (удельная теплота сгорания – 29 МДж/кг). Найдите, чему равен КПД печи. Ответ округлите до целых.

Правильный ОТВЕТ: 24 %.

№ 315. Над одним молем идеального газа совершают процесс А–В. Вычислите КПД этого процесса (см. рис.).

Правильный ОТВЕТ: 0 %.

№ 316. Над одним молем одноатомного идеального газа совершают процесс А–В (см. рис.). Вычислите КПД этого процесса.

Правильный ОТВЕТ: 40 %.

№ 317. Температура нагревателя идеальной тепловой машины 600 °С, а холодильника 100 °С. Чему равен её коэффициент полезного действия?

Правильный ОТВЕТ: 57 %.

№ 318. Для повышения эффективности работы тепловых двигателей необходимо увеличивать температуру нагревателя. Каким станет КПД идеального теплового двигателя, если температуру нагревателя повысить в 1,5 раза? Начальное значение КПД равно 25 %.

Правильный ОТВЕТ: 50 %.

Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ

№ 319. КПД идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, равен µ = 70%. Как следует увеличить количество отданного холодильнику тепла за цикл, для того чтобы КПД машины уменьшить до 40 %, не меняя количества подводимого тепла за цикл?

Правильный ОТВЕТ: в 2 раза.

№ 320. Температура холодильника идеальной тепловой машины 100 °С, а нагревателя 400 °С. Найдите, чему равен КПД машины. Ответ округлите до целых.

Правильный ОТВЕТ: 45 %.

№ 321. За цикл тепловая машина получила 50 Дж теплоты. Найдите, сколько теплоты получил холодильник, если коэффициент полезного действия этой машины 20%.

Правильный ОТВЕТ: 40 Дж.

№ 322. Идеальная тепловая машина забирает от нагревателя количество теплоты, равное 100 Дж, а холодильнику отдаёт 55 Дж. Найдите, чему равен коэффициент полезного действия этой машины.

Правильный ОТВЕТ: 45 %.

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Тематический тренинг ФИЗИКА (базовый уровень) с решениями и ответами. ТЕМА № 2.2. Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины.

Вернуться к Списку заданий тренинга по физике.

Физика ЕГЭ 2021 ДЕМОВЕРСИЯ Решение задания 12

Физика — Разбор демоверсии ЕГЭ 2021

Физика ЕГЭ 2021 Демоверсия Решение задания 12

12. Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, равна T1, а коэффициент полезного действия этого двигателя равен η. За цикл рабочее тело двигателя получает от нагревателя количество теплоты Q1.

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ФОРМУЛЫ
А) количество теплоты, отдаваемое рабочим телом двигателя за цикл	1)
Б) температура холодильника	2)
3)
4)

Решение:

Запишем формулы для расчета КПД тепловой машины

Из первой формулы выразим количество теплоты Q2

Из второй формулы выразим Т2

Ответ: 32

Нагревателем идеального теплового двигателя является резервуар

Задача. Нагревателем идеального теплового двигателя является резервуар с кипящей водой при температуре  оС, а холодильником – сосуд со льдом при температуре  оС. Определите массу растаявшего за один цикл льда, если рабочее тело двигателя за один цикл совершает работу МДж. Удельная теплота плавления льда Дж/кг.

• Дано:
•  оС
   оС
  МДж
  Дж/кг
• Найти:
  — ?

Решение

Думаем: вопрос задачи связан с конкретным фазовым переходом — плавлением (таянием). Единственным способом описания для этого процесса является соотношение для теплоты:

Тогда нам остаётся найти неизвестную теплоту, приводящую к плавлению. Это энергия, нагревателя тепловой машины, описанной в нашей задаче. Для нахождения этой энергии, исходя из того, что у нас задана работа цикла, можем использовать соотношение для КПД цикла:

(2)

Введение этого соотношения (а оно единственное связано с теплотой нагревателя тепловой машины) даёт нам ещё одно неизвестное — КПД (). С ним проще, т.к. по фразе «идеальный тепловой двигатель», мы заключаем, что рассматриваемый цикл — цикл Карно, а значит КПД данного цикла можно найти исходя из оставшихся заданных параметров температуры холодильника и нагревателя:

1. (3)
2. Решаем: начнём собирать наши формулы с последней. Подставим (3) в (2) и выразим теплоту:
3. (4)
4. Получившееся соотношение (4) подставим в (1) и найдём искомую массу:
5. (5)

Считаем: помним о том. что температура в задачах на термодинамику должна выражаться в градусах Кельвина ( К,  К). Тогда:

• кг
• Ответ:  кг.
• Ещё задачи на тему «Цикл (КПД цикла)».