Рабочее тело идеальной тепловой машины за один цикл совершает работу 400
1. Вспоминай формулы по каждой теме
2. Решай новые задачи каждый день
3. Вдумчиво разбирай решения
Газ, совершающий цикл Карно, отдаёт холодильнику 70(%) теплоты, полученной от нагревателя. Температура нагревателя (T = 400) K. Найдите температуру холодильника. (Ответ дайте в кельвинах.)
Так как газ отдает 70(%) тепоты холодильнику, то только 30(%) идет на работу цикла.
Следовательно КПД равен (eta=30%). [eta=1-dfrac{T_{text{х}}}{T_{text{н}}}] Выразим температуру холодильника: [T_{text{х}}=T_{text{н}}cdot(1-eta)=400text{ К}cdot(1-0,3)=280 text{ К}]
Ответ: 280
В цикле Карно абсолютная температура нагревателя в 2,5 раза выше абсолютной температуры холодильника. Какая доля теплоты, полученной рабочим телом от нагревателя, передается холодильнику? (Ответ дайте в процентах.)
Из условия: [T_{text{п}}=2,5T_{text{х}}]
КПД в цикле Карно: [eta=1-dfrac{T_{text{х}}}{T_{text{н}}}] [eta = 1-dfrac{1T_{text{х}}}{2,5T_{text{х}}}=dfrac{1}{2,5}=0,6]
Следовательно, холодильнику передается теплоты: [1-eta=1-0,6=0,4]
Ответ: 40
Тепловая машина с КПД 40(%) за цикл работы отдает холодильнику 100 Дж. Какое количество теплоты за цикл машина получает от нагревателя? (Ответ дайте в джоулях, округлив до целых.)
КПД цикла можно найти по формуле: [eta=1-dfrac{Q_{text{х}}}{Q_{text{н}}}] Выразим количество теплоты, которое машина получает от нагревателя за цикл: [Q_{text{н}}=dfrac{Q_{text{х}}}{1-eta}] [Q_{text{н}}=dfrac{100text{ Дж}}{1-0,4} approx 167 text{ Дж}]
Ответ: 167
Температура холодильника тепловой машины 400 К, температура нагревателя на 600 К больше, чем у холодильника. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)
Из условия: [T_{text{н}}=T_text{х}+400text{ К}] [T_{text{н}} = 600text{ К}+400text{ К}=1000text{ К}]
КПД в цикле Карно можно найти по формуле: [eta=1-dfrac{T_{text{х}}}{T_{text{н}}}] [eta = 1-dfrac{400text{ К}}{1000text{ К}}=0,6=60%]
Ответ: 60
Тепловая машина за один цикл совершает работу 20 Дж и отдаёт холодильнику количество теплоты 80 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?
КПД идеальной тепловой машины в цикле Карно можно найти по формуле: [eta_{max}=1-dfrac{T_{text{х}}}{T_{text{н}}}] [eta_{max} = 1-dfrac{300text{ К}}{600text{ К}}=1-0,5=0,5]
КПД рассматриваемой тепловой машины: [eta=dfrac{A_{text{цикл}}}{Q_{text{н}}}] Зная работу тепловой машины за цикл и количество теплоты, отданное холодильнику, можно найти количество теплоты, принятое нагревателем: [A_{text{цикл}}=Q_{text{н}}-Q_{text{х}}] [Q_{text{н}}=A_{text{цикл}}+Q_{text{х}}] [Q_{text{н}}=20text{ Дж}+80text{ Дж}=100 text{ Дж}] Найдем КПД рассматриваемой машины: [eta=dfrac{20text{ Дж}}{100text{ Дж}}=0,2] Найдем, во сколько раз КПД идеальной тепловой машины, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника, больше КПД рассматриваемой тепловой машины: [dfrac{eta_{max}}{eta}=frac{0,5}{0,2}=2,5]
Ответ: 2,5
Температура холодильника тепловой машины 800 К, температура нагревателя на 200 К больше, чем у холодильника. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)
Из условия: [T_text{н}=T_text{х}+200text{ К}] [T_{text{н}}=800text{ К}+200text{ К}=1000text{ К}] КПД цикла Карно можно найти по формуле: [eta=1-dfrac{T_{text{х}}}{T_{text{н}}}] [eta =1-dfrac{800text{ Дж}}{1000text{ Дж}}=0,2]
Ответ: 20
Тепловая машина с КПД 30(%) за цикл работы отдаёт холодильнику количество теплоты, равное 50 Дж. Какое количество теплоты машина получает за цикл от нагревателя? (Ответ дайте в джоулях, округлив до десятых.)
КПД тепловой машины можно найти по формуле: [eta=1-dfrac{Q_{text{х}}}{Q_{text{н}}}] Выразим количество теплоты, которое машина получает за цикл от нагревателя: [Q_{text{н}}=dfrac{Q_{text{х}}}{1-eta}] [Q_text{н} =dfrac{50text{ Дж}}{0,7}=71,4 text{ Дж}]
Ответ: 71,4
Марафонцам посвящается????
ЕГЭ 2021 со “Школково”. Как это было
Марафонцам посвящается???? ЕГЭ 2021 со “Школково”. Как это было
Источник
За это задание ты можешь получить 1 балл. Уровень сложности: базовый.
Средний процент выполнения: 68.8%
Ответом к заданию 9 по физике может быть целое число или конечная десятичная дробь.
Задачи для практики
Задача 1
Газ, находящийся в теплоизолированном цилиндре с подвижным поршнем, получает от нагревателя количество теплоты, равное 200 Дж. Поршень при этом, преодолевая сопротивление 800 Н, переместился на 10 см. Насколько изменилась внутренняя энергия газа? В ответе запишите на сколько (Дж).
Решение
Дано:
$Q=200$Дж
$F=800$Н
$∆x=0.1$м
$∆U-?$
Решение:
Запишем I начало термодинамики: $Q=A+∆U$(1), где $A=F·∆x$(2) – работа газа, $∆U$ – изменение внутренней энергии газа. Тогда из (1) с учетом (2) имеем: $∆U=Q-A=Q-F·∆x=200-800·0.1=200-80=120$Дж.
Ответ: 120
Показать решение
Полный курс
Задача 2
В цилиндре под поршнем находится 2 кг воздуха (молярная масса μ = 0,029 кг/моль) при 20◦С под давлением 1 МПа. Чему равна работа при изобарном нагревании воздуха до 100◦С? Ответ выразите в (кДж), округлив до десятых.
Решение
Дано:
$m=2$кг
$μ=0.029$кг/моль
$t_1=20°C$
$t_2=100°C$
$p=10^6$Па
$R=8.31$Дж/моль·К
$A-?$
Решение:
Работа в изобарном процессе определяется выражением: $A=p·∆V$(1), где $p$ – давление, $∆V$ – изменение объема.
Запишем уравнение Менделеева-Клайперона: $p∆V={m}/{μ}R∆T$(2), учитывая, что $∆T=∆t=t_2-t_1=100°C-20°C=80K$ (изменение температуры в °C и в К имеет одинаковое значение).
Подставим (2) в (1), получим: $A=p·∆V={m}/{μ}R∆T={2·8.31·80}/{0.029}=45848.275=45.8$кДж.
Ответ: 45.8
Показать решение
Полный курс
Задача 3
Температуры нагревателя и холодильника у идеального двигателя соответственно равны 427◦C и 27◦C . Какую работу совершает двигатель за один цикл, если он получает от нагревателя в течение цикла количество теплоты равное 7000 Дж? Ответ выразите в (кДж).
Решение
Дано:
$t_н=427°C$
$t_х=27°C$
$Q_н=7000$Дж
$A-?$
Решение:
КПД двигателя определяется выражением: $η={T_н-T_x}/{T_н}={A}/{Q_н}$(1), где $T_н=t_н+273K=427+273=700K; T_x=t_x+273=27+273=300K$, абсолютные температуры нагревателя и холодильника. Из (1) выразим работу двигателя А: $A={(T_н-T_x)·Q_н}/{T_н}={(700-300)·7000}/{700}=4000=4$кДж.
Ответ: 4
Показать решение
Полный курс
Задача 4
Какую работу совершит газ, расширяясь при постоянном давлении 304 кПа от объёма 3 л до объёма 18 л? Ответ выразите в (кДж).
Решение
Дано:
$p=304·10^3$Па
$V_1=3·10^{-3}м^3$
$V_2=18·10^{-3}м^3$
$A-?$
Решение:
Работа газа определяется выражением: $A=p·∆V=p·(V_2-V_1)=304·10^3·(18·10^{-3}-3·10^{-3})=304·10^3·15·10^{-3}=4560=4.56$кДж.
Ответ: 4.56
Показать решение
Полный курс
Задача 5
В закрытом сосуде под поршнем находится водяной пар при температуре 100◦С под давлением 40 кПа. Каким станет давление пара в сосуде, если объём пара в нём изотермически уменьшить в 1,5 раза за счёт движения поршня? Ответ выразите в (кПа).
Решение
Дано:
$T_1=100°С$
$P_1=40$кПа
$T=const$
$V_2={V_1}/{1.5}$
$P_2-?$
Решение:
По закону Менделеева-Клайперона $P_1·V_1=P_2·V_2⇒P_2={P_1·V_1}/{V_2}=40·1.5=60$кПа.
Ответ: 60
Показать решение
Полный курс
Задача 6
Тепловая машина имеет КПД 25%. Найдите среднюю мощность передачи теплоты холодильнику, если рабочее тело машины за 10 с получает от нагревателя 30 кДж теплоты. Ответ выразите в (кВт).
Решение
Дано:
$η=0.25$
$t=10c$
$Q_н=30$кДж
$P_x-?$
Решение:
$P_н={Q_н}/{t}={30}/{10}=3$кВт.
$η={P_н-P_x}/{P_н}·100$.
$P_x=P_н-η·P_н=3-0.75=2.25$кВт.
Ответ: 2.25
Показать решение
Полный курс
Задача 7
КПД идеального двигателя внутреннего сгорания равен 60%. Определите температуру в камере сгорания двигателя, если температура струи, выходящей из его сопла, составляет 727◦С. Ответ выразить в (K).
Решение
Дано:
$η=0.6$
$T_{вых}=727+273=1000К$
$T_н-?$
Решение:
$η={T_н-T_x}/{T_н}$ для тепловой машины определяем $T_н$.
$0.6={T_н-1000}/{T_н}; T_н={1000}/{0.4}=2500K$.
Ответ: 2500
Показать решение
Полный курс
Задача 8
У работающего по циклу Карно теплового двигателя температура нагревателя 400 К, а температура холодильника 150 К. Найдите коэффициент полезного действия этого двигателя. Ответ выразите в (%).
Решение
Дано:
$T_н=400K$
$η-?$
$T_x=150K$
Решение:
Для цикла Карно справедливо уравнение $η={T_н-T_x}/{T_н}·100%={400-150}/{400}·100%=62.5%$
Ответ: 62.5
Показать решение
Полный курс
Задача 9
Температура нагревателя 177◦С. Определите температуру холодильника, если известно, что коэффициент полезного действия этого двигателя равен 45%. Ответ выразите в (К).
Решение
Дано:
$T_н=177°C$
$η=45%$
$T_x-?$
Решение:
Из теории о теплообмене $η={T_н-T_x}/{T_н}·100%$
Обязательно переводим температуру в К: $T_н=177+273=450K$
$0.45={450-T_x}/{450}⇒T_x=247.5K$
Ответ: 247.5
Показать решение
Полный курс
Задача 10
На рисунке показана зависимость давления идеального газа от его объёма при переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Найдите, чему равно отношение работ газа ${A_{12}}/{A_{23}}$.
Решение
Дано:
${A_{12}}/{A_{23}}-?$
Решение:
Воспользуемся соотношением площадей под графиком ${S_{12}}/{S_{23}}={14}/{8}=1.75$.
Ответ: 1.75
Показать решение
Полный курс
Задача 11
Тепловая машина с КПД 60% за цикл работы отдаёт холодильнику 100 Дж теплоты. Какое количество теплоты за цикл получает машина от нагревателя? Ответ выразите в (Дж).
Решение
Дано:
$η=60%$
$Q_x=100$Дж
$Q_н-?$
Решение:
1) Из теории о тепловых машинах $η={Q_н-Q_x}/{Q_н}·100%$.
$100=Q_н·0.4$
$0.6=1-{100}/{Q_н}$
$Q_н=250$Дж
Ответ: 250
Показать решение
Полный курс
Задача 12
Идеальный газ совершил работу 100 Дж и отдал при этом количество теплоты 300 Дж. Как изменилась при этом внутренняя энергия? В ответе запишите на сколько уменьшилась (Дж).
Решение
Дано:
$A=100$Дж
$Q=-300$Дж
Решение:
По первому началу термодинамики $Q=∆U+A$. Следовательно $∆U=Q-A=(-300)-100=-400$Дж. Знак минус говорит о том, что внутренняя энергия уменьшилась на 400 Дж
Ответ: 400
Показать решение
Полный курс
Задача 13
Рабочее тело тепловой машины за один цикл получает от нагревателя теплоту 1000 Дж. Температура нагревателя 500 К, температура холодильника 200 К. Какую работу совершает рабочее тело за один цикл? Ответ выразите в (Дж).
Решение
Дано:
$Q_н=1000$Дж
$T_н=500$К
$T_x=200$К
Решение:
$A=Q_н-Q_x$
$η={T_н-T_x}/{T_н}={Q_н-Q_x}/{Q_н}$ по формуле из основы теплообмена.
$A={(T_н-T_x)Q_н}/{T_н}={300·1000}/{500}=600$Дж.
Ответ: 600
Показать решение
Полный курс
Задача 14
Вычислите работу идеального газа при совершении им кругового процесса, изображённого на рисунке. Ответ выразите в (Дж).
Решение
Дано:
$А-?$
Решение:
Из графика очевидно: $A=A_{12}+A_{23}+A_{31}$
$A_{23}=0$, т.к. нет изменения $V$.
$A_{12}=p∆V=5·10^5·2·10^{-3}=10^3$
$A_{31}={1}/{2}(2·10^5+5·10^5)·2·10^{-3}=-7·10^2$
$A=A_{12}-A_{31}=1000-700=300$Дж.
Ответ: 300
Показать решение
Полный курс
Задача 15
В некотором процессе газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 10 кДж. При этом внутренняя энергия газа увеличилась на 30 кДж. Определите работу, которую совершили внешние силы, сжав газ. Ответ выразить в (кДж).
Решение
Дано:
$Q=10$кДж
$∆U=30$кДж
$A-?$
Решение:
Первое начало термодинамики говорит о том, что количество $Q$ сообщенное системе, идет на приращение внутренней энергии и на совершении работы над внешними телами $Q=∆U+A$
$A=Q-∆U=(-10)-30=-40$кДж.
Тогда работа внешних сил равна:$A’=-A=40$кДж
Ответ: 40
Показать решение
Полный курс
Задача 16
Двигатель внутреннего сгорания совершил работу, равную 27,6 МДж, и израсходовал при этом 3 л бензина. Вычислите КПД двигателя. Удельная теплота сгорания бензина равна 44 МДж/кг. Плотность бензина равна 700 кг/м3. Ответ округлите до целого. Ответ выразите в (%).
Решение
Дано:
$A_n=27.6$МДж
$m_б=ρ_б·v_б$
$v_б=3$л
$r=44$МДж/кг
$ρ_б=700$кг/м$^3$
$η-?$
Решение:
$η={A_п}/{A_з}$ – полезная и затраченная работа.
$A_з=Q$(сгорание бензина)$=r·m_б=r·ρ_б·v_б$.
$η={27.6·10^6}/{44·10^6·700·3·10^{-3}}·100%=30%$
Ответ: 30
Показать решение
Полный курс
Задача 17
В цилиндре под поршнем находится гелий (одноатомный газ). Газ расширился при постоянном давлении, совершив работу 3 кДж. Какое количество теплоты сообщили газу? Ответ выразите в (кДж).
Решение
Дано:
$A=3·10^3$Дж
$i=3$
$Q-?$
Решение:
Запишем I начало термодинамики для изобарного процесса (p=const): $Q=A+∆U$(1), где $A=p∆V$(2), $∆U={i}/{2}vR∆T$(3) – изменения внутренней энергии гелия. Исходя из уравнения Менделеева-Клайперона: $p∆V=vR∆T$(4), $∆U={i}/{2}p∆V={i}/{2}A$(5). Подставим (5) в (1): $Q=A+{i}/{2}A=A(1+{i}/{2})=A(1+{3}/{2})=5/2A$(6). Подставим числовые значения в (6): $Q=5/2·3·10^3=7.5кДж$
Ответ: 7.5
Показать решение
Полный курс
Задача 18
Работа газа в круговом процессе равна 900 кДж. Рассчитайте значение объёма V0, если давление p0 = 105 Па. Ответ выразите в (м3).
Решение
Дано:
$p_0=10^5$Па
$A=9·10^5$Дж
$V_0-?$
Решение:
Работа газа в термодинамике численно равна площади фигуры кругового процесса. Найдем эту площадь: $A={(p_2-p_1)·(V_3-V_1)}/{2}$(1)
Подставим: $p_2=4p_0; p_1=p_0; V_3=4V_0; V_1=V_0$
$A={(4p_0-p_0)·(4V_0-V_0)}/{2}$
$2A=3p_0·3V_0$
$2A=9p_0V_0$
$V_0={2A}/{9p_0}$(2)
Подставим числовые значения в (2): $V_0={2·9·10^5}/{9·10^5}=2м^3$
Ответ: 2
Показать решение
Полный курс
Задача 19
Рассчитайте работу газа при переходе из состояния 1 в состояние 2, если давление p0 = 105 Па, а объём V0 = 1 м3. Ответ выразите в (кДж).
Решение
Дано:
$p_0=10^5$Па
$V_0=1м^3$
$p_1=p_0$
$V_1=V_0$
$p_2=3p_0$
$V_2=5V_0$
$A_{12}-?$
Решение:
Поскольку работа газа в термодинамике численно равна площади под графиком:
Тогда имеем: $A_{12}=A_1+A_2={(3p_0-p_0)·(5V_0-V_0)}/{2}+(p_0-0)·(5V_0-V_0)={2p_0·4V_0}/{2}+p_0·4V_0=4p_0V_0+4p_0V_0=8p_0V_0$(1)
Подставим числовые значения в (1): $A_{12}=8·10^5·1=8·10^5=800$кДж.
Можно было сразу вычислить площадь трапеции, ответ получился бы точно такой же. Делайте, как вам удобнее)
Ответ: 800
Показать решение
Полный курс
Задача 20
Температура нагревателя идеальной тепловой машины в два раза больше температуры холодильника. Чему равен КПД цикла? Ответ выразите в (%).
Решение
Дано:
$T_н=2T$
$T_x=T$
$η-$
Решение:
КПД цикла определяется по формуле: $η={T_н-T_x}/{T_н}·100%$(1), $T_н$ – температура нагревателя, $T_x$ – температура холодильника.
$η={2T-T}/{2T}·100%={T·100%}/{2T}=50%$
Ответ: 50
Показать решение
Полный курс
Для доступа к решениям необходимо включить уведомления от группы Турбо в вк – это займет буквально 10 секунд. Никакого спама, только самое важное и полезное для тебя. Ты всегда можешь запретить уведомления.
Включить уведомления
Источник