В идеальном тепловом двигателе увеличилась работа совершаемая газом за один цикл при неизменном
Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии. Эти тела называются тепловыми резервуарами.
Как следует из первого закона термодинамики, полученное газом количество теплоты Q полностью превращается в работу A при изотермическом процессе, при котором внутренняя энергия остается неизменной (ΔU = 0):
Но такой однократный акт преобразования теплоты в работу не представляет интереса для техники. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние. Круговые процессы изображаются на диаграмме (p, V) газообразного рабочего тела с помощью замкнутых кривых (рис. 3.11.1). При расширении газ совершает положительную работу A1, равную площади под кривой abc, при сжатии газ совершает отрицательную работу A2, равную по модулю площади под кривой cda. Полная работа за цикл A = A1 + A2 на диаграмме (p, V) равна площади цикла. Работа A положительна, если цикл обходится по часовой стрелке, и A отрицательна, если цикл обходится в противоположном направлении.
Круговой процесс на диаграмме (p, V). abc – кривая расширения, cda – кривая сжатия. Работа A в круговом процессе равна площади фигуры abcd
Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их невозможно провести, приводя рабочее тело в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Их нужно, по крайней мере, два. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой – холодильником. Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q1 > 0 и отдает холодильнику количество теплоты Q2 < 0. Полное количество теплоты Q, полученное рабочим телом за цикл, равно
При обходе цикла рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, следовательно, изменение его внутренней энергии равно нулю (ΔU = 0). Согласно первому закону термодинамики,
Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количеству теплоты Q. Отношение работы A к количеству теплоты Q1, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия η тепловой машины:
Энергетическая схема тепловой машины: 1 – нагреватель; 2 – холодильник; 3 – рабочее тело, совершающее круговой процесс. Q1 > 0, A > 0, Q2 < 0; T1 > T2
В двигателях, применяемых в технике, используются различные круговые процессы. На рис. 3.11.3 изображены циклы, используемые в бензиновом карбюраторном и в дизельном двигателях. В обоих случаях рабочим телом является смесь паров бензина или дизельного топлива с воздухом. Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изохор (1–2, 3–4) и двух адиабат (2–3, 4–1). Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, состоящему из двух адиабат (1–2, 3–4), одной изобары (2–3) и одной изохоры (4–1). Реальный коэффициент полезного действия у карбюраторного двигателя порядка 30 %, у дизельного двигателя – порядка 40 %.
Циклы карбюраторного двигателя внутреннего сгорания (1) и дизельного двигателя (2)
В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, который сыграл важную роль в развитии учения о тепловых процессах. Он называется циклом Карно (рис. 3.11.4).
Цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем. На изотермическом участке (1–2) газ приводится в тепловой контакт с горячим тепловым резервуаром (нагревателем), имеющим температуру T1. Газ изотермически расширяется, совершая работу A12, при этом к газу подводится некоторое количество теплоты Q1 = A12. Далее на адиабатическом участке (2–3) газ помещается в адиабатическую оболочку и продолжает расширяться в отсутствие теплообмена. На этом участке газ совершает работу A23 > 0. Температура газа при адиабатическом расширении падает до значения T2. На следующем изотермическом участке (3–4) газ приводится в тепловой контакт с холодным тепловым резервуаром (холодильником) при температуре T2 < T1. Происходит процесс изотермического сжатия. Газ совершает работу A34 < 0 и отдает тепло Q2 < 0, равное произведенной работе A34. Внутренняя энергия газа не изменяется. Наконец, на последнем участке адиабатического сжатия газ вновь помещается в адиабатическую оболочку. При сжатии температура газа повышается до значения T1, газ совершает работу A41 < 0. Полная работа A, совершаемая газом за цикл, равна сумме работ на отдельных участках:
На диаграмме (p, V) эта работа равна площади цикла.
Процессы на всех участках цикла Карно предполагаются квазистатическими. В частности, оба изотермических участка (1–2 и 3–4) проводятся при бесконечно малой разности температур между рабочим телом (газом) и тепловым резервуаром (нагревателем или холодильником).
Как следует из первого закона термодинамики, работа газа при адиабатическом расширении (или сжатии) равна убыли ΔU его внутренней энергии. Для 1 моля газа
где T1 и T2 – начальная и конечная температуры газа.
Отсюда следует, что работы, совершенные газом на двух адиабатических участках цикла Карно, одинаковы по модулю и противоположны по знакам
По определению, коэффициент полезного действия η цикла Карно есть
С. Карно выразил коэффициент полезного действия цикла через температуры нагревателя T1 и холодильника T2:
Цикл Карно замечателен тем, что на всех его участках отсутствует соприкосновение тел с различными температурами. Любое состояние рабочего тела (газа) на цикле является квазиравновесным, т. е. бесконечно близким к состоянию теплового равновесия с окружающими телами (тепловыми резервуарами или термостатами). Цикл Карно исключает теплообмен при конечной разности температур рабочего тела и окружающей среды (термостатов), когда тепло может передаваться без совершения работы. Поэтому цикл Карно – наиболее эффективный круговой процесс из всех возможных при заданных температурах нагревателя и холодильника:
Любой участок цикла Карно и весь цикл в целом может быть пройден в обоих направлениях. Обход цикла по часовой стрелке соответствует тепловому двигателю, когда полученное рабочим телом тепло частично превращается в полезную работу. Обход против часовой стрелки соответствует холодильной машине, когда некоторое количество теплоты отбирается от холодного резервуара и передается горячему резервуару за счет совершения внешней работы. Поэтому идеальное устройство, работающее по циклу Карно, называют обратимой тепловой машиной.
В реальных холодильных машинах используются различные циклические процессы. Все холодильные циклы на диаграмме (p, V) обходятся против часовой стрелки. Энергетическая схема холодильной машины представлена на рис. 3.11.5.
Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла |Q2| от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником. Эффективность работы холодильника можно охарактеризовать отношением
т. е. эффективность работы холодильника – это количество тепла, отбираемого от охлаждаемых тел на 1 джоуль затраченной работы. При таком определении βх может быть и больше, и меньше единицы. Для обращенного цикла Карно
Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла |Q1| нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом. Эффективность βТ теплового насоса может быть определена как отношение
т. е. количеством теплоты, передаваемым более теплым телам на 1 джоуль затраченной работы. Из первого закона термодинамики следует:
следовательно, βТ всегда больше единицы. Для обращенного цикла Карно
Ускоренная подготовка к ЕГЭ с репетиторами Учи.Дома. Записывайтесь на бесплатное занятие!
-->
При выполнении заданий с кратким ответом впишите в поле для ответа цифру, которая соответствует номеру правильного ответа, или число, слово, последовательность букв (слов) или цифр. Ответ следует записывать без пробелов и каких-либо дополнительных символов. Дробную часть отделяйте от целой десятичной запятой. Единицы измерений писать не нужно. В заданиях 3–5, 9–11, 14–16 и 20 ответом является целое число или конечная десятичная дробь. Ответом к заданиям 1, 2, 6–8, 12, 13, 17–19, 21, 23 является последовательность двух цифр. Ответом к заданию 22 являются два числа.
Если вариант задан учителем, вы можете вписать или загрузить в систему ответы к заданиям с развернутым ответом. Учитель увидит результаты выполнения заданий с кратким ответом и сможет оценить загруженные ответы к заданиям с развернутым ответом. Выставленные учителем баллы отобразятся в вашей статистике.
Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях.
Запишите в ответе их номера.
1) Тело соскальзывает с наклонной плоскости и останавливается у её основания, при этом полная механическая энергия сохраняется.
2) Если два газа находятся в тепловом равновесии, то это означает равенство средних кинетических энергий их молекул.
3) Если электрический ток протекает по медному проводнику, то ни при каких условиях не может наблюдаться действие тока на магнитную стрелку.
4) Гармонические колебания электрического заряда в металлических проводниках являются источниками электромагнитных волн радиодиапазона.
Даны следующие зависимости величин:
А) Зависимость модуля импульса тела от времени при прямолинейном равномерном движении;
Б) Зависимость давления одноатомного идеального газа от объема при адиабатном процессе;
В) Зависимость длины излучаемой электромагнитной волны от частоты колебаний заряда в металлическом проводнике.
Установите соответствие между этими зависимостями и видами графиков, обозначенных цифрами 1−5. Для каждой зависимости А−В подберите соответствующий вид графика и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Ускоренная подготовка к ЕГЭ с репетиторами Учи.Дома. Записывайтесь на бесплатное занятие!
-->
Задание 11 № 24098
Рассмотрим две идеальные тепловые машины. Температуры нагревателя и холодильника первой машины отличаются в 4 раза. Температура холодильника первой тепловой машины равна температуре нагревателя второй тепловой машины. Температура холодильника второй тепловой машины в 5 раз меньше температуры нагревателя первой тепловой машины. Во сколько раз КПД первой машины больше КПД второй машины?
Ответ округлите до сотых долей.
По условию для первой тепловой машины
Для второй тепловой машины
Задание 25 № 10959
Тепловая машина за один цикл совершает работу 25 Дж и отдаёт холодильнику количество теплоты 75 Дж. Температура нагревателя этой машины 600 К, а температура холодильника 300 К. Во сколько раз КПД идеальной тепловой машины, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника, больше КПД рассматриваемой тепловой машины?
Для КПД идеальной тепловой машины справедлива формула
С другой стороны, КПД может найдено через работу и температуру холодильника как
Таким образом, КПД идеальной тепловой машины в 2 раза больше КПД рассматриваемой тепловой машины.
Задание 13 № 8943
Идеальная тепловая машина работает с использованием цикла Карно. Температуру холодильника машины понижают, при этом температура нагревателя и количество теплоты, которое рабочее тело получает от нагревателя за один цикл, остаются неизменными. Как изменяются в результате этого КПД тепловой машины и совершаемая машиной за один цикл работа?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменяется.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Для КПД цикла Карно справедлива формула:
Отсюда видно, что при уменьшении температуры холодильника, КПД тепловой машины увеличится, а значит, увеличится полезная работа, совершаемая за один цикл.
Задание 13 № 11935
Температуру холодильника тепловой машины Карно понизили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
3) не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
КПД тепловой машины Карно вычисляется по формуле: где — соответственно температуры холодильника и нагревателя, — соответственно теплоты, передаваемые холодильнику и отнимаемые от нагревателя. Работа газа в таком процессе: При понижении температуры холодильника увеличивается КПД тепловой машины, а вместе с ней, при неизменном количестве теплоты, получаемой газом от нагревателя, увеличивается и работа газа.
Задание 13 № 16853
Температуру нагревателя тепловой машины Карно понизили, оставив температуру холодильника прежней. Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
3) не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
КПД тепловой машины Карно вычисляется по формуле: где — соответственно температуры холодильника и нагревателя, — соответственно теплоты, передаваемые холодильнику и отнимаемые от нагревателя. Работа газа в таком процессе: При понижении температуры нагревателя уменьшается КПД тепловой машины, а вместе с ней, при неизменном количестве теплоты, отданном газом холодильнику, уменьшается и работа газа.
Задание 13 № 17657
Температуру нагревателя тепловой машины Карно повысили, оставив температуру холодильника прежней. Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
3) не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
КПД тепловой машины Карно вычисляется по формуле: где — соответственно температуры холодильника и нагревателя, — соответственно теплоты, передаваемые холодильнику и отнимаемые от нагревателя. Работа газа в таком процессе: При повышении температуры нагревателя увеличивается КПД тепловой машины, а вместе с ней, при неизменном количестве теплоты, отданном газом холодильнику, увеличивается и работа газа.
Задание 11 № 24151
Рассмотрим две идеальные тепловые машины. Температуры нагревателя и холодильника первой машины отличаются в 4 раза. Температура холодильника первой тепловой машины равна температуре нагревателя второй тепловой машины. Температура холодильника второй тепловой машины в 6 раз меньше температуры нагревателя первой тепловой машины. Во сколько раз КПД первой машины больше КПД второй машины? Ответ округлите до сотых долей.
По условию для первой тепловой машины
Для второй тепловой машины
Аналоги к заданию № 24098: 24151 Все
Задание 27 № 4143
Идеальная тепловая машина обменивается теплотой с тёплым телом — окружающей средой, находящейся при температуре +25 °С, и холодным телом с температурой −18 °С. В некоторый момент машину запустили в обратном направлении, так что все составляющие теплового баланса — работа и количества теплоты — поменяли свои знаки. При этом за счёт работы, совершенной двигателем тепловой машины, от холодного тела теплота стала отбираться, а тёплому телу — сообщаться.
Какую работу совершил двигатель тепловой машины, если количество теплоты, отведенной от холодного тела, равно 165 кДж? Ответ округлите до целого числа кДж.
При работе идеальной тепловой машины в обратном направлении от холодного тела отнимается количество теплоты за счет работы A, совершаемой над рабочим веществом цикла, и теплому телу, которым в данном случае является окружающая среда, отдается количество теплоты причем все соотношения количеств теплоты, работы и температур остаются такими же, как при работе идеальной тепловой машины в прямом направлении.
Здравствуйте! Поправьте меня, если я неправильно понял смысл задачи, но на мой взгляд тут явно ошибки в формулировках. В тексте задачи ставится вопрос: "Какую работу совершил двигатель тепловой машины. ". При работе тепловой машины в обратную сторону мы имеем то что описано в решении: ". от холодного тела отнимается количество теплоты Q- за счет работы A, совершаемой над рабочим веществом. ". Всё верно, и так как совершается работа НАД рабочим веществом, то, стало быть, работа САМОГО вещества будет отрицательной. А если мы теперь заглянем в ответ, то увидим там положительный результат. Таким образом, из данного решения следует, что двигатель, отняв теплоту от более холодного тела (тем самым ещё сильнее охладив его), и передав его более горячему (ещё сильнее нагрев его), помимо прочего ещё и совершил ПОЛОЖИТЕЛЬНУЮ работу. Это противоречит обоим постулатам Клаузиуса и Кельвина! Пожалуйста, объясните где я ошибся в рассуждениях, или это неверно составленное решение?
Для холодильника в формуле КПД холодильника работа выполняется внешними силами, а не газом.
Задание 27 № 4166
Идеальная тепловая машина обменивается теплотой с тёплым телом — окружающей средой, находящейся при температуре +25 °С, и холодным телом с температурой –18 °С. В некоторый момент машину запустили в обратном направлении, так что все составляющие теплового баланса — работа и количества теплоты — поменяли свои знаки. При этом за счёт работы, совершённой двигателем тепловой машины, от холодного тела теплота стала отбираться, а тёплому телу — сообщаться.
Какую работу совершил двигатель тепловой машины, если количество теплоты, сообщенной тёплому телу, равно 193 кДж? Ответ округлите до целого числа кДж.
При работе идеальной тепловой машины в обратном направлении от холодного тела отнимается количество теплоты за счёт работы A, совершаемой над рабочим веществом цикла, и тёплому телу, которым в данном случае является окружающая среда, отдается количество теплоты причём все соотношения количеств теплоты, работы и температур остаются такими же, как при работе идеальной тепловой машины в прямом направлении.
ответ к заданию по физике
-13/8: 3/8= - 13/8*8/3= - 13/3
-4/7: (-1.2/7)= 4/7: 9/7 = 4/7*7/9 = 4/9
3.9*(-2/3)= -39/10*2/3 = - 13/5
-2.8*(-1.1/7)= 28/10*8/7 = 16/5 = 3.1/5
1.2/5*0.125= 1.4*0.125= 0.175
4/7*(-4.2)= - 4/7*42/10 = - 12/5 = - 2.2/5
мой досуг - вещь странная: он вроде есть, а вроде его и нет. по будням настолько много дел, что не остается времени просто поваляться на диване. рабочая неделя проходит примерно одинаково. с утра мне вручают младшую сестру и мы идем в школу. в этом году она пошла в первый класс. после школы мы возвращаемся домой, я разогреваю обед, приготовленный мамой. моя сестричка еще маленькая. после школы она любит немного поспать, а потом уже делать уроки, хотя им практически ничего не . иногда я сплю вместе с ней, а иногда мою посуду и сразу сажусь за уроки. когда уроки сделаны, мы идем с сестрой гулять. она берет свой велосипед и гоняет на нем по двору со своими подругами. я со своими друзьями нахожусь поблизости.
три раза в неделю я хожу в секцию армейского рукопашного боя. мне нравится там тренироваться. хотя иногда лень туда идти, особенно, когда плохая погода. секцию ведет папин сослуживец и хороший друг. это он посоветовал меня туда записать. время от времени у нас устраиваются соревнования, в которых я пару раз занимал призовые места. по воскресеньям я с друзьями хожу в бассейн. родители купили нам абонементы на его посещение. я люблю плавать, веселиться, играть в водные игры. а недавно к нам в город приезжал зоопарк. мы всей семьей туда ходили. мне понравилось, а сестра была просто в диком восторге. больше всего нас позабавили белые тигрята и веселые обезьянки.
перед сном, когда все дела уже сделаны, я люблю полежать в тишине и почитать любимую книгу. если нет настроения для чтения, то оно всегда находится для игры в компьютерные игры. сестра любит наблюдать, как я играю. она радуется, когда я храбро убиваю монстров, которые ее пугают. она считает меня героем, а я стараюсь ее не разочаровывать. немного поиграв, мы отправляемся спать.
При сжигании бензина в автомобиле за 5 с выделилось 10 3 к Дж энергии. При этом двигатель совершил работу 400 кдж. Определите КПД двигателя.
30%; 2) 60% 3) 45%; 4) 40%.
В тепловой машине, работающей по циклу Карно, температура холодильника 300 К, а температура нагревателя на 200 К больше. Определите КПД цикла этой тепловой машины.
1,5%; 2) 40%; 3) 67%; 4) 90%
Тепловой двигатель получает за цикл от нагревателя количество теплоты, равное 200 Дж, и отдает холодильнику количество теплоты, равное 150 Дж. КПД двигателя равен
25%; 2) 33%; 3) 67%; 4) 75%
У идеальной тепловой машины КПД равен 30%. Чему равна температура нагревателя, если температура холодильника 20 0 С? Ответ округлите до целого числа.
419 0 С; 2) 419К; 3)29 0 С; 4) 10К
Температура нагревателя идеальной тепловой машины 425К, а температура холодильника 300К. Двигатель получил от нагревателя количество теплоты 40 кДж. Какую работу совершило рабочее тело?
3 кДж; 2) 11,8кДж; 3) 16,7 кДж; 4) 97 Дж.
Идеальный тепловой двигатель каждую секунду получает количество теплоты 300 Дж, а отдает – 100 Дж. Определите, во сколько раз температура нагревателя больше температуры холодильника?
В 1/3 раз; 2) в 3/2 раз; 3) в 2/3 раз; 4) в 3 раза.
Тепловой двигатель. Работающий по циклу Карно, имеет температуру нагревателя Т1 и холодильника Т2. Найдите работу двигателя за один цикл, если за это время он отдает холодильнику количество теплоты Q.
Т епловой двигатель работает по циклу, состоящему из двух адиабат и двух изохор ( см. рисунок). На каких участках цикл газа получает количество теплоты?
На участках 3-4, 4-1;
На участках 1-2; 2-3;
Определите КПД цикла ( см. рисунок), рабочим телом которого является идеальный одноатомный газ.
1) 8,5%; 2) 17%; 3) 25%; 4) 33%
Две тепловые машины работают по циклам, изображенным на рисунках. Сравните КПД циклов.
Задания с кратким ответом
На сколько изменится внутренняя энергия одного моля идеального одноатомного газа при его нагревании на 100К?
При изотермическом расширении идеальному газу сообщили количество теплоты 10 Дж. Какую работу совершил газ?
Определите удельную теплоемкость гелия в изобарном процессе. Молярная масса гелия 0,004 кг/моль.
В вертикальном цилиндре под тяжелым поршнем находится одноатомный газ массой 2 кг. При повышении температуры газа на 5 К его внутренняя энергия увеличилась на 3120 Дж. Определите удельную теплоемкость газа.
Какое количество теплоты выделяется при изобарном охлаждении 0,01 кг гелия от 200 0 С до 20 0 С? Молярная масса гелия 0,004 кг/моль.
Для повышения температуры газа, имеющего массу 20 кг и молярную массу 0,028 кг/моль, на 50К при постоянном давлении необходимо сообщить количество теплоты 1 МДж. Какое количество теплоты следует отнять от данного газа при постоянном объеме, чтобы его температура понизилась на 50К?
В двух вертикальных цилиндрах находятся при одной температуре две равные массы одного и того же газа. Подвижный поршень первого цилиндра в 2 раза тяжелее, чем во втором цилиндре. Оба цилиндра нагрели до одной и той же температуры. Газ в первом цилиндре совершил работу 100 Дж. Какую работу совершил газ во втором цилиндре?
Ответы: Задачи с выбором ответа
4; 2) 2; 3) 1; 4) 1; 5)2; 6)4; 7)2; 8)4; 9)2; 10)1
Задачи с кратким ответом:
11) 1246 Дж; 12) 10 Дж; 13) 5200 Дж/(кг•К); 14) 1562 Дж/(кг•К); 15) 9349 Дж; 16) 742 Дж; 17) 100 Дж.
Читайте также: