В тепловом двигателе в качестве рабочего тела используется идеальный газ цикл состоит из двух изохор

Обновлено: 21.04.2025

Ускоренная подготовка к ЕГЭ с репетиторами Учи.Дома. Записывайтесь на бесплатное занятие!

-->

Задание 27 № 10660

В тепловом двигателе в качестве рабочего тела используется идеальный газ, а цикл состоит из двух изохор 1–2 и 3–4 и двух адиабат 2–3 и 4–1 (см. рисунок). Известно, что в адиабатических процессах температура газа изменяется в n = 2 раза (растёт в процессе 4–1 и падает в процессе 2–3). Найдите КПД цикла.

1. Работа газа за весь цикл равна, согласно первому началу термодинамики, суммарному количеству теплоты, полученной и отданной газом в цикле.

2. Газ получает теплоту на изохоре 1–2 в количестве

и отдаёт её на изохоре 3–4 в количестве

где C_V — теплоёмкость данного количества газа при постоянном объёме.

3. Работа газа за цикл, таким образом, равна

4. КПД равен отношению работы к полученной теплоте:

5. Поскольку по условию T₂ = nT₃ и T₁ = nT₄, то η = 1 – 1/n = 0,5.

Задание 11 № 3616

В таблице приведена зависимость КПД идеальной тепловой машины от температуры ее нагревателя при неизменной температуре холодильника. Чему равна температура холодильника этой тепловой машины? (Ответ дайте в кельвинах.)

T_н, К	400	500	600	800	1000
η,%	10	28	40	55	64

КПД идеальной машины связан с температурами нагревателя и холодильника соотношением Отсюда для температуры холодильника имеем: Используя любой столбик из таблицы, получаем значение температуры

В качестве проверки, можно рассчитать температуру холодильника еще для одной точки: Результаты совпадают, это хорошо.

Задание 27 № 7161

Тепловой двигатель использует в качестве рабочего вещества 1 моль идеального одноатомного газа. Цикл работы двигателя изображён на pV-диаграмме и состоит из двух адиабат, изохоры, изобары. Зная, что КПД цикла равен 50%, определите модуль отношения изменения температуры газа при изобарном процессе ΔТ₁₂ к изменению его температуры ΔТ₃₄ при изохорном процессе.

При изобарном расширении на участке 1–2 газ получает от нагревателя количество теплоты Q₁₂, а на участке 3–4 отдаёт холодильнику в изохорном процессе количество теплоты Q₃₄. На других участках теплообмен отсутствует. В соответствии с первым началом термодинамики работа газа за цикл А равна разности количества теплоты, полученной от нагревателя и отданной холодильнику A = Q₁₂ − Q₃₄, а КПД теплового двигателя

Количество теплоты Q₁₂, полученное при изобарном расширении на участке 1–2, равно сумме увеличения внутренней энергии газа при увеличении его температуры и работы газа этом участке: Q₁₂ = ΔU₁₂ + A₁₂. Внутренняя энергия идеального газа пропорциональна абсолютной температуре, и для 1 моль одноатомного газа а её изменение

Работа газа при изобарном расширении A₁₂ = p₁(V₂ − V₁). Выражая её через изменение температуры с помощью уравнения Клапейрона — Менделеева pV = \upsilon RT, получим: A₁₂ = p₁(V2 − V₁) = υ RΔT₁₂.

Отсюда: Количество теплоты Q₃₄, отданное при изохорном охлаждении на участке 3–4, равно уменьшению внутренней энергии газа этом участке:

Задача 1. Цикл тепловой машины, рабочим веществом которой является один моль одноатомного идеального газа, состоит из изотермического расширения, изохорного охлаждения и адиабатического сжатия. В изохорном процессе температура газа понижается на , а работа, совершенная газом в изотермическом процессе, равна . Определите КПД тепловой машины.

Решение. Вся закрашенная область на рисунке – работа в изотермическом процессе.

Так как , то и . Значит, .

Работа в изохорном процессе равна нулю: , .

На участке 1-2 газ получал тепло, на участке 2-3 – отдавал. Определяем КПД:

$\eta=1-\frac{Q_x}{Q_n}=1-\frac{\frac{3}{2}\nu R\Delta T }{A}=1-\frac{3\nu R\Delta T }{2A}$

Ответ:

Задача 2. Тепловой двигатель использует в качестве рабочего вещества 1 моль идеального одноатомного газа. Цикл работы двигателя изображен на -диаграмме и состоит из двух адиабат, изохоры и изобары. Зная, что КПД этого цикла , а минимальная и максимальная температуры газа при изохорном процессе С и , определите количество теплоты, получаемое газом за цикл.

Решение. На участке 1-2 газ получал тепло, на участке 3-4 – отдавал. Определяем КПД:

Минимальная температура К, К.

$Q_{12}=\frac{ Q_{34}}{0,85}=\frac{3}{2\cdot 0,85}\nu R\Delta T=\frac{3}{2\cdot 0,85}\cdot8,31\cdot 265=3886$

Задача 3. В идеальной тепловой машине за счет каждого килоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа Дж. Определите КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника К.

Решение. Дж – так как поступает 1000 Дж, и 300 тратится на работу. Определим КПД:

$\eta=1-\frac{T_x}{T_n}=1-\frac{700}{1000}=0,3$

Ответ: 400 К, .

Задача 4. В ходе цикла Карно рабочее вещество получает от нагревателя количество теплоты кДж. Температуры нагревателя и холодильника равны соответственно К и К. Определите работу , совершаемую рабочим веществом за цикл.

Решение. Определяем КПД по температурам.

$\eta=1-\frac{T_x}{T_n}=1-\frac{280}{450}=0,62$

$A=\eta Q=0,62\cdot 300=113,3$

Задача 5. Двигатель внутреннего сгорания имeeт КПД при температуре горения топлива С и при температуре отходящих газов С. На какую величину КПД идеальной тепловой машины, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника, превышает КПД данного двигателя?

Определяем КПД по температурам.

$\eta=1-\frac{T_x}{T_n}=1-\frac{927+273-447-273}{927+273}=\frac{480}{1200}=0,4$

Это для идеальной машины. Этот КПД отличается от данного на 12%.

Задача 6. График циклического процесса, происходящего с идеальным одноатомным газом, изображен на рисунке. Определите работу , совершенную газом в этом процессе, если количество газа моль, К, К, К.

Решение. Перерисуем данный график в оси – в данных осях это будет прямоугольник. Так как К, а К – отличаются в 2 раза, то К.

Работа в процессе 2-3 будет равна

$A_{23}=\nu R\Delta T_{23}=3\cdot 8,31\cdot 1600=39888$

Работа в процессе 4-1 будет равна

$A_{41}=\nu R\Delta T_{23}=3\cdot 8,31\cdot 800=19944$

Задача 7. На -диаграмме (см. рисунок) изображены графики двух циклических процессов, которые проводят с одноатомным газом: 1-2-3-1 и 1-3-4-1. У какого из циклов КПД больше и во сколько раз?

Решение. Рассмотрим цикл 1231:

$Q_{12}=\Delta U_{12}=\frac{3}{2}(2p_0V_0-p_0V_0)$

$Q_{23}=\frac{5}{2}\cdot 2p_0\cdot 2V_0=10p_0V_0$

$Q= Q_{12}+ Q_{23}=11,5p_0V_0$

Работа в цикле равна площади цикла:

$\eta_{1231}=\frac{A}{Q}=\frac{ p_0V_0}{11,5 p_0V_0}=0,087$

Теперь рассмотрим цикл 1341:

$Q_{13}=\frac{p_0+2p_0}{2}\cdot 2V_0+\frac{3}{2}(6p_0V_0-p_0V_0)$

Работа в данном цикле такая же, как и в предыдущем.

$\eta_{1341}=\frac{A}{ Q_{13}}=\frac{ p_0V_0}{10,5 p_0V_0}=0,095$

У цикла 1341 КПД больше, определим во сколько раз:

$\frac{\eta_{1341}}{\eta_{1231}}=\frac{1}{10,5}\cdot \frac{11,5}{1}=1,095$

Ответ: в 1,095 раз.

Задача 8. Определите отношение коэффициентов полезного действия двух циклических процессов, проведенных с идеальным одноатомным газом: 1-2-3-4-1 (первый процесс) и 5-6-7-4-5 (второй процесс). Графики процессов представлены на рисунке.

Ускоренная подготовка к ЕГЭ с репетиторами Учи.Дома. Записывайтесь на бесплатное занятие!

-->

Задание 27 № 10660

2. Газ получает теплоту на изохоре 1–2 в количестве

и отдаёт её на изохоре 3–4 в количестве

где C_V — теплоёмкость данного количества газа при постоянном объёме.

3. Работа газа за цикл, таким образом, равна

4. КПД равен отношению работы к полученной теплоте:

5. Поскольку по условию T₂ = nT₃ и T₁ = nT₄, то η = 1 – 1/n = 0,5.

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: первое начало термодинамики, выражение для количества теплоты, полученной газом в процессе при постоянном объёме, а также формула для КПД цикла теплового двигателя);

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);

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 (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т.п.).

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

Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Ускоренная подготовка к ЕГЭ с репетиторами Учи.Дома. Записывайтесь на бесплатное занятие!

-->

Задание 27 № 25413

С одним молем идеального одноатомного газа проводят циклический процесс 1-2-3-1, где 1-2 — адиабата, 2-3 — изобара, 3-1 — изохора. Температуры в точках 1, 2, 3 равны 600 К, 455 К и 300 К соответственно. Найдите КПД цикла.

КПД циклического процесса равно Найдем работу за цикл Для изохорного процесса При адиабатном процессе из первого закона термодинамики следует, что а изменение внутренней энергии Для изобарного процесса Учитывая, что из уравнения Клапейрона-Менделеева то Таким образом, работа газа за цикл

Из графика следует, что при изохорном процессе газ получал теплоту, при адиабатном процессе количество теплоты равно 0, при изобарном процессе газ теплоту отдавал. Значит, необходимо найти количество теплоты при изохорном процессе. Из первого закона термодинамики но при этом а то от нагревателя получена теплота

Тогда КПД цикла:

Задание 27 № 7985

Тепловой двигатель использует в качестве рабочего вещества 1 моль идеального одноатомного газа. Цикл работы двигателя изображён на pV-диаграмме и состоит из двух адиабат, изохоры, изобары. Модуль отношения изменения температуры газа при изобарном процессе ΔT₁₂ к изменению его температуры ΔT₃₄ при изохорном процессе равен 1,2. Определите КПД цикла.

КПД цикла равен Согласно первому началу термодинамики где (одноатомный газ).

В изобарном процессе 1–2 газ получает тепло, а его работа равна поэтому

В изохорном процессе 3–4 газ отдаёт тепло, а его работа равна нулю, поэтому

С учётом получаем

Задание 12 № 9503

В таблице приведена зависимость КПД η идеального цикла Карно от температуры T_х его холодильника. Температура нагревателя поддерживается постоянной. На основании анализа этой таблицы выберите все верные утверждения.

T_х, К	300	400	500	600	700	800	900
η,%	70	60	50	40	30	20	10

1) КПД цикла возрастает при увеличении температуры холодильника

2) Температура нагревателя равна 1000 К

3) Температура нагревателя равна 500 К

4) При температуре холодильника 0 °C данный цикл будет иметь КПД 100%

5) При температуре холодильника 650 К данный цикл будет иметь КПД 35%

Из таблицы видно, что при увеличении температуры холодильника, КПД уменьшается. 1 — неверно.

КПД тепловой машины может быть найден по формуле:

При температуре холодильника КПД тепловой машины будет меньше 100%. 4 — неверно.

При температуре холодильника 650 К данный цикл будет иметь КПД

Задание 27 № 11520

С идеальным одноатомным газом проводят циклический процесс 1-2-3-1. Найдите КПД цикла, если участок 12 — изохора, 23 — адиабата, 31 — изобара. T₁ = 400 K, T₂ = 600 K, T₃ = 510 K.

Цикл не является циклом идеальной тепловой машины. Поэтому воспользуемся общей формулой через теплоту нагревателя и теплоту холодильника.

Необходимо выяснить, какой из участков цикла относится к нагревателю, а какой — к холодильнику. Для этого проведём подсчёт теплоты каждого участка по 1-му началу термодинамики:

1. Для участка 1−2:

Работа равна нулю, так как это изохорный процесс. На нём нет изменения объёма. Теплота получилась на этом участке положительной. А значит, участок 1−2 вносит вклад в теплоту нагревателя.

2. На участке 2−3 представлена адиабата — по определению количество теплоты на этом участке равно нулю. Этот участок не учитывается при расчёте КПД по указанной формуле:

3. На участке 3−1 представлен изобарный процесс. Тут нужно подсчитать и работу газа и внутреннюю энергию.

Количество теплоты тут получилось отрицательное — значит, этот участок соответствует теплоте холодильника.

4. Найдём значение КПД:

или примерно 8,3%.

Аналоги к заданию № 11573: 11520 Все

Задание 27 № 10660

2. Газ получает теплоту на изохоре 1–2 в количестве

и отдаёт её на изохоре 3–4 в количестве

где C_V — теплоёмкость данного количества газа при постоянном объёме.

3. Работа газа за цикл, таким образом, равна

4. КПД равен отношению работы к полученной теплоте:

5. Поскольку по условию T₂ = nT₃ и T₁ = nT₄, то η = 1 – 1/n = 0,5.

Задание 27 № 11573

С одним молем идеального одноатомного газа проводят циклический процесс 1−2−3−1, где 1−2 — адиабата, 2−3 — изобара, 3−1 — изохора. Температуры в точках 1, 2, 3 равны 600 К, 455 К и 300 К соответственно. Найдите КПД цикла.

Необходимо выяснить, на каком из участков цикла газ получает тепло от нагревателя, а на каком — отдаёт холодильнику. Для этого проведём подсчёт теплоты каждого участка по 1-му началу термодинамики:

1. На участке 1−2 представлена адиабата — по определению количество теплоты на этом участке равно нулю:

2. На участке 2−3 представлен изобарный процесс. Тут нужно подсчитать и работу газа и внутреннюю энергию.

Количество теплоты тут получилось отрицательное, значит, на этом участке газ отдаёт теплоту холодильнику.

3. На участке 3−1 объём газ постоянен, работа равна нулю:

Теплота получилась на этом участке положительной, а значит, газ получает теплоту от нагревателя:

4. Найдём значение КПД:

Задание 27 № 7161

Читайте также: