Как найти полученную теплоту по графику

На этой странице вы узнаете

  • В чем прелесть фазовых переходов?
  • Что лучше выбрать: Mercedes или BMW?

Люди научились летать в космос, покорять недра Земли и погружаться в глубины океана. Эти и другие достижения возможны благодаря способности извлекать максимум пользы из имеющихся ресурсов,а именно получать тепловую энергию различными доступными способами. Сегодня мы разберем задачи, которые заставят тепловые процессы играть на нашей стороне. 

Тепловые машины и их КПД

Рекомендация: перед тем как приступить к выполнению задач неплохо было бы повторить тему «Уравнение состояния идеального газа» . Но ключевую теорию, на которой основано решение задач, сейчас разберем вместе.

В чем прелесть фазовых переходов?

Вспомним, что фазовые переходы — это переход из одного агрегатного состояния в другое. При этом может выделяться большое количество теплоты.

Именно благодаря этому они и стали такими полезными для нас. Например, в ядерных реакторах воду используют в качестве рабочего тела, то есть она нагревается вследствие энергии, полученной из ядерных реакций, доходит до температуры кипения, а затем под большим давлением уже в качестве водяного пара воздействует на ротор генератора, который вращается и дает нам электроэнергию! На этом основан принцип работы атомных электростанций. 

А самый простой пример фазового перехода — образование льда на лужах в морозные ноябрьские дни. Правда о выделении тепла здесь речи не идет.

Мы не почувствуем, как испарится капелька у нас на руке, потому что это не требует много тепла от нашего тела. Но мы можем наблюдать, как горят дрова в мангале, когда мы жарим шашлык, потому что выделяется огромное количество теплоты. А зачем мы вообще рассматриваем эти фазовые переходы? Все дело в том, что именно фазовые переходы являются ключевым звеном во всех процессах, где нас просят посчитать КПД, от них нашему рабочему телу и подводится теплота нагревателя.

Человечество придумало такие устройства, которые могут переработать тепловую энергию в механическую.

Тепловые двигатели, или тепловые машины, — устройства, способные преобразовывать внутреннюю энергию в механическую. 

Их устройство довольно просто: они на входе получают какую-то энергию (в основном — энергию сгорания топлива), а затем часть этой теплоты расходуется на совершение работы механизмом. Например, в автомобилях часть энергии от сгоревшего бензина идет на движение. Схематично можно изобразить так:

Рабочее тело — то, что совершает работу — принимает от нагревателя количество теплоты Q1, из которой A уходит на работу механизма. Остаток теплоты Q2 рабочее тело отдает холодильнику, по сути — это потеря энергии.

Физика не была бы такой загадочной, если б все в ней было идеально. Как и в любом процессе или преобразовании, здесь возможны потери, зачастую очень большие. Поэтому «индикатором качества» машины является КПД, с которым мы уже сталкивались в механике:

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины — это отношение полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.

(eta = frac{A}{Q_1}) , где

(eta) —  КПД,
A — работа газа (Дж),
Q1 — количество теплоты, полученное от нагревателя (Дж).

Мы должны понимать, что КПД на практике никогда не получится больше 1, поскольку всегда будут тепловые потери. 

Полезную работу можно расписать как Q1 — Q2 (по закону сохранения энергии). Тогда формула примет вид:

(eta = frac{Q_1 — Q_2}{Q_1} = 1 — frac{Q_2}{Q_1})

Давайте попрактикуемся в применении данной формулы на задаче номер 9 из ЕГЭ.

Задача. Тепловая машина, КПД которой равен 60%, за цикл отдает холодильнику 100 Дж. Какое количество теплоты за цикл машина получает от нагревателя? (Ответ дайте в джоулях).

Решение:

Давайте сначала вспомним нашу формулу для КПД:

(eta = frac{Q_1 — Q_2}{Q_1}),

где (Q_1) — это теплота, которую тело получает от нагревателя, (Q_2) — теплота, которая подводится к холодильнику.

Тогда отсюда можно вывести искомую теплоту нагревателя:

(eta Q_1 =Q_1-Q_2)
(eta Q_1 — Q_1= -Q_2)
(Q_1=frac{- Q_2}{eta-1}=frac{-100}{0,6-1}=250 Дж).

Ответ: 250 Дж

Цикл Карно

Мы знаем, что потери — это плохо, поэтому должны предотвращать их. Как это сделать? Нам ничего делать не нужно, за нас уже все сделал Сади Карно, французский физик, разработавший цикл, в котором машины достигают наивысшего КПД. Этот цикл носит его имя и состоит из двух изотерм и двух адиабат. Рассмотрим, как этот цикл выглядит в координатах p(V).

  • Температура верхней изотермы 1-2 — температура нагревателя (так как теплота в данном процессе подводится).
  • Температура нижней изотермы 3-4 — температура холодильника (так как теплота в данном процессе отводится).
  • 2-3 и 4-1 — это адиабатические расширение и сжатие соответственно, в них газ не обменивается теплом с окружающей средой.

Цикл Карно — цикл идеальной тепловой машины, которая достигает наивысшего КПД. 

Формула, по которой можно рассчитать ее КПД выражается через температуры:

(eta = frac{T_1 — T_2}{T_1} = 1 — frac{T_2}{T_1}), где 

T1 — температура нагревателя,  
T2 — температура холодильника.

Что лучше выбрать: Mercedes или BMW?

Не то круто, что красиво, а то, что по Карно работает! Поэтому присматривайте такой автомобиль, у которого высокий КПД.

Интересно, что максимальный уровень КПД двигателя внутреннего сгорания автомобилей на данный момент всего около 43%. По официальным заявлениям компания Nissan Motor с 2021 года испытывает прообраз двигателя нового поколения с планируемым КПД 50%.

Приступим к задачам

Задачи на данную тему достаточно часто встречаются в задании 27 из КИМа ЕГЭ. Давайте разберем некоторые примеры.

Задание 1. Одноатомный газ совершает циклический процесс, как показано на рисунке. На участке 1–2 газ совершает работу A12 = 1520 Дж. Участок 3–1 представляет собой адиабатный процесс. Количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, равно |Qхол| = 4780 Дж. Найдите работу газа |A13| на адиабате, если количество вещества постоянно.

Решение:

Шаг 1. Первое, с чего лучше начинать задачи по термодинамике — исследование процессов. 

Посмотрим на участок 1-2 графика: продолжение прямой проходит через начало координат, поэтому график функционально можно записать, как p = aV, где a — какое-то число, константа. Графиком является не изотерма, поскольку график изотермы в координатах p-V — гипербола. Из уравнения Менделеева-Клапейрона следует: (frac{pV}{T} = const). Отсюда можно сделать вывод, что возрастает температура, так как растут давление и объем.  Температура и объем растут, значит, увеличивается и внутренняя энергия и объем соответственно.

Участок 2-3: процесс изохорный, поскольку объем постоянен, следовательно, работа газом не совершается. Рассмотрим закон Шарля: (frac{p}{T} = const). Давление в этом процессе растет, тогда растет и температура, поскольку дробь не должна менять свое значение. Делаем вывод, что внутренняя энергия тоже увеличивается.

Участок 3-1: адиабата по условию, то есть количество теплоты в этом переходе равна нулю из определения адиабатного процесса. Работа газа отрицательна, так как газ уменьшает объем. 

Оформим все данные в таблицу. 

Определим знаки Q, используя первый закон термодинамики: Q = ΔU + A.

Из этих данных сразу видно, что количество теплоты, отданное холодильнику — это количество теплоты в процессе 2-3.

Шаг 2. Первый закон термодинамики для процесса 1-2 запишется в виде: 

Q12 = ΔU12 + A12

Работа A12 — площадь фигуры под графиком процесса, то есть площадь трапеции: 

(A_{12} = frac{p_0 + 2p_0}{2} * V0 =frac{3p_0V_0}{2}). 

Запишем изменение внутренней энергии для этого процесса через давление и объем. Мы выводили эту формулу в статье «Первое начало термодинамики»:

(Delta U_{12} = frac{3}{2}(2p_0 * 2V_0 — p_0V_0) = frac{9p_0V_0}{2}). 

Заметим, что это в 3 раза больше работы газа на этом участке: 

(Delta U_{12} = 3A_{12} rightarrow Q_{12} = 4A_{12}).

Шаг 3. Работа цикла — площадь фигуры, которую замыкает график, тогда . A = A12 — |A31|. С другой стороны, работа цикла вычисляется как разность между энергиями нагревателя и холодильника: A = Q12 — |Q31|.

 Сравним эти формулы:

Q12 -|Q31| = A12 — |A31|,

подставим выражения из предыдущего пункта:

4A12 — |Q31| = A12 — |A31| (rightarrow) |A31| = -3A12 + |Q31| = -31520 + 4780 = 220 Дж.

Ответ: 220 Дж

Задание 2. Найти КПД цикла для идеального одноатомного газа.

Решение:

Шаг 1. КПД цикла определим по формуле: (eta = frac{A}{Q}), где Q — количество теплоты от нагревателя, а А — работа газа за цикл. Найдем А как площадь замкнутой фигуры: A = (2p1 — p1)(3V1 — V1) = 2p1V1.

Шаг 2. Найдем процесс, который соответствует получению тепла от нагревателя. Воспользуемся теми же приемами, что и в прошлой задаче:

Посмотрим на участок 1-2 графика: давление растет, объем не меняется. По закону Шарля (frac{p}{T} = const) температура тоже растет. Работа газа равна 0 при изохорном процессе, а изменение внутренней энергии положительное.

2-3: давление не меняется, растет объем, а значит, работа газа положительна. По закону Гей-Люссака (frac{V}{T} = const) температура тоже растет, растет и внутренняя энергия.

3-4: давление уменьшается, следовательно, и температура уменьшается. При этом процесс изохорный и работа газа равна 0.

4-1: давление не меняется, объем и температура уменьшаются — работа газа отрицательна и внутренняя энергия уменьшается.

Оформим данные в таблицу: 

Отметим, что  необходимое Q = Q12 + Q23.

Шаг 3. Запишем первый закон термодинамики для процессов 1-2 и 2-3:

(Q_{12} = U_{12} + A_{12} = Delta U_{12} = frac{3}{2}(2p_1V_1 -p_1V_1) = frac{3}{2}p_1V_1).
(Q_{23} = Delta U_{23} + A_{23}), работу газа найдем как площадь под графиком: A23 = 2p1(3V1 — V1) = 4p1V1.
(Delta U_{12} = frac{3}{2}(2p_1 * 3V_1 — 2p_1V_1) = 6p_1V_1).
(Q_{23} = Delta U_{23} + A_{23} = 10p_1V_1).

Шаг 4. Мы готовы считать КПД: (eta = frac{A}{Q} = frac{A}{Q_{12} + Q_{23}} = frac{2p_1V_1}{frac{3}{2}p_1V_1 + 10p_1V_1} = frac{4}{23} approx 0,17).

Ответ: 17%

Теперь вас не должно настораживать наличие графиков в условиях задач на расчет КПД тепловых машин. Продолжить обучение решению задач экзамена вы можете в статьях «Применение законов Ньютона» и «Движение точки по окружности».

Фактчек

  • Тепловые двигатели — устройства, способные преобразовывать внутреннюю энергию в механическую. 
  • Тепловая машина принимает тепло от нагревателя, отдает холодильнику, а рабочим телом совершает работу.
  • Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины — это отношение полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.
    (eta = frac{A}{Q_1} = frac{Q_1 — Q_2}{Q_1} = 1 — frac{Q_2}{Q_1})  
  • Цикл Карно — цикл с максимально возможным КПД: (eta = frac{T_1 — T_2}{T_1} = 1 — frac{T_2}{T_1})
  • Не забываем, что работа считается, как площадь фигуры под графиком.

Проверь себя

Задание 1. 
1 моль идеального газа переходит из состояния 1 в состояние 2, а потом — в состояние 3 так, как это показано графике. Начальная температура газа равна T0 = 350 К. Определите работу газа при переходе из состояния 2 в состояние 3, если k = 3, а n = 2.

  1. 5672 Дж
  2. 4731 Дж
  3. 5817 Дж
  4. 6393 Дж

Задание 2. 
1 моль идеального одноатомного газа совершает цикл, который изображен 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 1,5. Определите КПД цикла.

  1. 0,6
  2. 0,5
  3. 0,8
  4. 1

Задание 3.
В топке паровой машины сгорело 50 кг каменного угля, удельная теплота сгорания которого равна 30 МДж/кг. При этом машиной была совершена полезная механическая работа 135 МДж. Чему равен КПД этой тепловой машины? Ответ дайте в процентах.

  1. 6%
  2. 100%
  3. 22%
  4. 9%

Задание 4.
С двумя молями одноатомного идеального газа совершают циклический процесс 1–2–3–1 (см. рис.). Чему равна работа, совершаемая газом на участке 1–2 в этом циклическом процессе?

  1. 4444 Дж
  2. 2891 Дж
  3. 4986 Дж
  4. 9355 Дж

Ответы:1 — 3; 2 — 1; 3 — 4; 4 — 3.

Теория, формулы, тесты и задачи по физике и математике.

Математика

В этом разделе представлены теория и задачи по математике, необходимые для успешной подготовки к ЦТ или ЕГЭ. Список основных тем из школьной математики:

Смотрите также:

Физика

В этом разделе представлены теория и задачи по физике, необходимые для успешной подготовки к ЦТ или ЕГЭ. Список основных тем из школьной физики:

Смотрите также:

Формулы, методы и другая справочная информация

В этом разделе сайта представлены различные списки формул по физике и математике, а также приведена другая необходимая справочная информация. Знание физических и математических формул, законов и методов является одним из ключевых элементов успешной подготовки к ЦТ или ЕГЭ. В этом разделе смотрите:

Итоговые тесты по физике и математике

В этом разделе сайта представлены итоговые тренировочные тесты по физике и математике, которые позволят абитуриентам успешно повторить изученный материал и систематизировать свои знания по физике и математике. Решение этих тренировочных тестов поможет поступающим успешно сдать ЦТ или ЕГЭ.

Другая полезная информация для абитуриентов

В этом разделе сайта представлены различные советы и рекомендации по подготовке и сдаче ЦТ и ЕГЭ, а также общая информация об этих экзаменах. Кроме того, имеются советы для абитуриентов о том, как правильно организовать процесс самостоятельного изучения физики и математики дома. В этом разделе смотрите:

Высшая математика

В этом разделе сайта в простой и понятной форме приведена теория, задачи, тесты и формулы по высшей математике. Эта информация поможет поступившим в ВУЗы ученикам разобраться в этом сложном предмете и получить отличные оценки на экзаменах по высшей математике в выбранном ВУЗе. В этом разделе смотрите также:

Материалы для поступающих в Польшу

В этом разделе собраны материалы, которые помогут ученикам подготовится к поступлению в польские университеты. В основном материалы представляют из себя польские тесты по многим предметам на польском языке, в том числе по физике и по математике. Однако, имеется также и другая полезная информация.

Научно-популярные статьи

В этом разделе собраны различные интересные и познавательные факты в виде научно-популярных статей, в которых сложные вещи излагаются простым языком без лишних формул. Эти статьи помогут убедиться в особенной занимательности науки, полюбить физику, математику и другие науки, а также отвлечься и развеяться во время трудоемкой и зачастую скучной подготовки к экзаменам.

VEDAJ.BY - Архитектура и культура БеларусиDVERIDUB.BY - Двери, лестницы и мебель из массива дуба

ЗАПРЕЩЕНО использование представленных на сайте материалов или их частей в любых коммерческих целях, а также их копирование, перепечатка, повторная публикация или воспроизведение в любой форме. Нарушение прав правообладателей преследуется по закону. Подробнее.

Расчет КПД циклов по графику

Задачи данной темы по праву считаются одними из самых сложных задач в термодинамике. Итак, для решения Вам придется, во-первых, перевести график процесса в p(V) – координаты. Во-вторых, надо рассчитать работу газа за цикл. Полезная работа равна площади фигуры внутри графика циклического процесса в координатах p(V). В-третьих, необходимо разобраться, где газ получает, а где отдает теплоту. Для этого вспомните первое начало термодинамики. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры, а работа – от объема. Поэтому, газ получает теплоту, если:

· Увеличиваются и его температура, и объем;

· Увеличивается объем, а температура постоянна;

· Увеличивается температура, а объем постоянен.

Газ отдает теплоту, если:

· Уменьшаются и его температура, и объем;

· Уменьшается объем, а температура постоянна;

· Уменьшается температура, а объем постоянен.

Если один из параметров увеличивается, а другой уменьшается, для того, чтобы понять, отдает газ теплоту или получает ее, необходимо «в лоб» по первому началу термодинамики рассчитать теплоту и посмотреть на ее знак. Положительная теплота – газ ее получает. Отрицательная – отдает.

Первый тип задач. В p(V) – координатах график цикла представляет собой фигуру с легко вычисляемой площадью, и газ получает теплоту в изохорных и изобарных процессах. Применяйте формулу:

Обратите внимание, что в знаменателе стоит только теплота, полученная газом за один цикл, то есть теплота только в тех процессах, в которых газ получал ее.

Второй тип задач. В p(V) – координатах график цикла представляет собой фигуру с легко вычисляемой площадью, и газ отдает теплоту в изохорных и изобарных процессах. Применяйте формулу:

Обратите внимание, что в знаменателе стоит только теплота, отданная газом за один цикл, то есть теплота только в тех процессах, в которых газ отдавал ее.

Третий тип задач. Газ получает теплоту не в удобных для расчета изохорных или изобарных процессах, в цикле есть изотермы или адиабаты, или вообще «никакие» процессы. Применяйте формулу:

Задачи на КПД теплового двигателя: примеры решений

Задачи на КПД теплового двигателя: примеры решений

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.

Решение

Найдем общее количество теплоты, которое произвел двигатель:

Теперь можно рассчитать КПД:

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

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:

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.

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:

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.

Решение

Рассчитаем КПД цикла:

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

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

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

Условие

Изобразите цикл Карно на диаграмме и опишите его

Решение

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

  • Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
  • Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
  • Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
  • Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

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.

Тепловые процессы на графиках.


Задача 1.

Кусок металла массой (m=1 кг ) нагревается в лабораторной печи.
Ниже представлен график этого теплового процесса.

На оси ординат приведена его температура в градусах Цельсия, а на оси абсцисс количество теплоты,
полученное этим металлом.
Какова удельная теплоемкость этого металла?

График температуры от количества теплоты

Показать ответ
Показать решение
Видеорешение


Задача 2.

На диаграмме представлен процесс нагрева двухста граммов неизвестной жидкости.

На оси ординат приведена ее температура в градусах Цельсия, а на оси абсцисс количество теплоты,
полученное этой жидкостью.
Какова удельная теплоемкость этой жидкости?

График температуры от количества теплоты

Показать ответ
Показать решение
Видеорешение


Задача 3.

Металлическая пластина массой (m=2,5 кг ) нагревается в течении какого-то времени.
Ниже представлен график этого теплового процесса.

На оси ординат приведена его температура в градусах Цельсия, а на оси абсцисс количество теплоты,
полученное этим металлом.
Какова удельная теплоемкость металла, из которого изготовлена эта пластина?

График температуры от количества теплоты

Показать ответ
Показать решение
Видеорешение


Задача 4.

На графике представлен процесс изменения температуры куска льда массой (m=1 кг . )

На оси ординат отмечена его температура в градусах Цельсия, а на оси абсцисс количество теплоты,
полученное этим льдом.

Пользуясь данными графика, определите
удельную теплоемкость льда.

График температуры от количества теплоты

Показать ответ
Показать решение
Видеорешение


Задача 5.

На графике представлен процесс изменения температуры льдинки массой (m=10 г , )
ее плавление и нагрев воды, образовавшейся в результате таяния этой льдинки.

На оси ординат отмечена ее температура в градусах Цельсия, а на оси абсцисс количество теплоты,
полученное ей.

Пользуясь данными графика, определите
удельную теплоту плавления льда.
Дать ответ в системе СИ.

График температуры от количества теплоты

Показать ответ
Показать решение
Видеорешение


Инфоурок


Физика

ПрезентацииПрезентация по физике» Алгоритм решения задач на определение к.п.д. теплового цикла по графику зависимости давления от объема.».

Презентация по физике» Алгоритм решения задач на определение к.п.д. теплового цикла по графику зависимости давления от объема.».

Скачать материал

1


Алгоритм решения задач на определение к.п.д. теплового цикла  по графику...

Скачать материал

  • Сейчас обучается 142 человека из 54 регионов

  • Сейчас обучается 69 человек из 40 регионов

  • Сейчас обучается 111 человек из 46 регионов

Описание презентации по отдельным слайдам:

  • 1


Алгоритм решения задач на определение к.п.д. теплового цикла  по графику...

    1 слайд

    1

    Алгоритм решения задач на определение к.п.д. теплового цикла по графику зависимости давления от объема.

  • 2Задача на определение коэффициента полезного действия по графику зависимости...

    2 слайд

    2
    Задача на определение коэффициента полезного действия по графику зависимости давления от объема.
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V
    Рассчитайте КПД тепловой машины, использующей в качестве рабочего тела одноатомный идеальный газ и работающей по циклу, изображен-ному на рисунке.

  • 3Задача на определение коэффициента полезного действия по графику зависимости...

    3 слайд

    3
    Задача на определение коэффициента полезного действия по графику зависимости давления от объема.
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V
    Рассчитайте КПД тепловой машины, использующей в качестве рабочего тела одноатомный идеальный газ и работающей по циклу, изображенному на рисунке.
    Подсказка№1
    Подсказка№2
    Алгоритм решения
    Решение

  • 4Подсказка №1P2P0P0V003V02V01234V
Следовательно, необходимо определить в кажд...

    4 слайд

    4
    Подсказка №1
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V

    Следовательно, необходимо определить в каждом процессе по изменению температуры получено, или отдано количество теплоты.
    Расчет количества теплоты производят исходя из первого закона термодинамики.

  • 5Подсказка №2P2P0P0V003V02V01234VРабота, выполненная в каком-либо процессе, ч...

    5 слайд

    5
    Подсказка №2
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V
    Работа, выполненная в каком-либо процессе, численно равна площади фигуры заключенной под графиком в координатах P(V). Площадь заштрихованной фигуры равна работе в процессе 2-3, а площадь закрашенной фигуры — работе в процессе 4-1, причем именно эта работа газа отрицательна, т.к. от 4 к 1 объём уменьшается.
    Работа за цикл равна сумме этих работ. Следовательно работа газа за цикл численно равна площади этого цикла.

  • 6Алгоритм решения задачи.P2P0P0V003V02V01234V1. Записать формулу КПД.2. Опред...

    6 слайд

    6
    Алгоритм решения задачи.
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V
    1. Записать формулу КПД.
    2. Определить работу газа по площади фигуры процесса в координатах P,V.
    3. Проанализировать в каком из процессов поглощается , а не выделяется количество теплоты.
    4.Используя 1 закон термодинамики, подсчитать полученное количество теплоты.
    5. Подсчитать КПД.

  • 7P2P0P0V003V02V01234V1. Записать формулу КПД.2. Определить работу газа по пло...

    7 слайд

    7
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V
    1. Записать формулу КПД.
    2. Определить работу газа по площади фигуры процесса в координатах P,V.
    Решение

  • 8P2P0P0V003V02V01234V1. Процесс1 –2 . V = const, P       T       Q     погл...

    8 слайд

    8
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V
    1. Процесс1 –2 . V = const, P T  Q поглощается
    2. Процесс 2 – 3. P = const, V ,  T  Q поглощается
    3. Процесс 3 – 4. V = const, P ,  T  Q выделяется
    4. Процесс 4 – 1. P = const, V ,  T  Q выделяется
    3. Проанализировать в каком из процессов поглощается , а не выделяется количество теплоты.

  • 9P2P0P0V003V02V01234VДля процесса 1-2 4. Используя 1 закон термодинамики, под...

    9 слайд

    9
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V
    Для процесса 1-2
    4. Используя 1 закон термодинамики, подсчитать полученное количество теплоты.
    следовательно
    Для изохорного процесса
    Вычтем из нижнего уравнения верхнее

  • 104. Используя 1 закон термодинамики, подсчитать полученное количество теплот...

    10 слайд

    10
    4. Используя 1 закон термодинамики, подсчитать полученное количество теплоты.
    Для процесса 2-3
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V

  • 11P2P0P0V003V02V01234V

    11 слайд

    11
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V

  • 12P2P0P0V003V02V01234V5. Подсчитать КПД.

    12 слайд

    12
    P
    2P0
    P0
    V0
    0
    3V0
    2V0
    1
    2
    3
    4
    V
    5. Подсчитать КПД.

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 263 940 материалов в базе

  • Выберите категорию:

  • Выберите учебник и тему

  • Выберите класс:

  • Тип материала:

    • Все материалы

    • Статьи

    • Научные работы

    • Видеоуроки

    • Презентации

    • Конспекты

    • Тесты

    • Рабочие программы

    • Другие методич. материалы

Найти материалы

Другие материалы

  • 31.01.2016
  • 1134
  • 1
  • 31.01.2016
  • 7568
  • 40
  • 31.01.2016
  • 3924
  • 31
  • 31.01.2016
  • 384
  • 0
  • 31.01.2016
  • 2333
  • 20
  • 31.01.2016
  • 1576
  • 14
  • 31.01.2016
  • 1693
  • 0

Вам будут интересны эти курсы:

  • Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»

  • Курс профессиональной переподготовки «Клиническая психология: организация реабилитационной работы в социальной сфере»

  • Курс повышения квалификации «Экономика и право: налоги и налогообложение»

  • Курс повышения квалификации «История и философия науки в условиях реализации ФГОС ВО»

  • Курс повышения квалификации «Применение MS Word, Excel в финансовых расчетах»

  • Курс повышения квалификации «Этика делового общения»

  • Курс повышения квалификации «Использование активных методов обучения в вузе в условиях реализации ФГОС»

  • Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»

  • Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности секретаря руководителя со знанием английского языка»

  • Курс профессиональной переподготовки «Корпоративная культура как фактор эффективности современной организации»

  • Курс профессиональной переподготовки «Уголовно-правовые дисциплины: теория и методика преподавания в образовательной организации»

  • Курс профессиональной переподготовки «Метрология, стандартизация и сертификация»

  • Настоящий материал опубликован пользователем Любимова Ольга Николаевна. Инфоурок является
    информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте
    методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них
    сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с
    сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал

  • Любимова Ольга Николаевна

    • На сайте: 8 лет и 4 месяца
    • Подписчики: 2
    • Всего просмотров: 197449
    • Всего материалов:

      85

Цели урока: развитие интереса к физике,
повторение, обобщение и систематизация знаний,
воспитание самостоятельности, умение делать
выводы, анализировать увиденное.

Оборудование: компьютер, мультимедийный
проектор, карточки с кроссвордом и таблицами.

Ход урока

1) Организационный момент:

Учитель объявляет цели уроков.

2) Фронтальный опрос (разминка):

С помощью проектора демонстрируются рисунки,
вопросы, ответы, видеофрагменты, таблицы,
формулы, графики, решения задач, домашнее
задание.

1. На экране — рисунки, иллюстрирующие три
вида теплопередачи:

 Дайте объяснение видам теплопередачи.

2. Продолжить фразу: «Количеством теплоты
называется :.»

3. Просмотр видеофрагментов («Плавление»,
«Парообразование»).

После просмотра учащиеся задают друг другу
вопросы.

(Диалог между учащимися всегда оживляет урок,
активизирует класс).

4. Каждому ученику выдается лист №1
кроссворд.

img2.gif (9116 bytes)

По вертикали:

1. Переход молекул из пара в жидкость.

2. Процесс, сопровождающийся быстрым
образованием и ростом пузырьков пара,
прорывающихся наружу.

3. Количество :

4. Переход вещества из твердого состояния в
жидкое.

5. Физическая величина, измеряющаяся в джоулях.

6. Физическая величина, измеряющаяся в
килограммах.

По горизонтали:

7. Переход вещества из жидкого состояния в
твердое.

8. Кристаллы воды.

9. Переход молекул из жидкости в пар.

10. Вещество, температура плавления которого 232 o
С.

11. Топливо.

12. Единица измерения температуры.

5. Каждому ученику выдается лист №2
таблица.

(Правый столбик надо заполнить).

Какое обозначение соответствует данной
физической величине?

(Ответы в таблицах выделены жирным шрифтом).

6. Каждому ученику выдается лист №3
таблица. (Правый столбик надо заполнить).

. Какая единица соответствует данной
физической величине?

Физическая величина Единицы измерения
Количество теплоты Дж
Масса кг
Изменение температуры °С
Удельная теплоемкость Дж/кг* °С
Удельная теплота плавления Дж/кг
Удельная теплота парообразования Дж/кг

(Ответы в таблицах выделены жирным шрифтом)

7. Какому понятию соответствует формула?

Ответы:

Q — количество теплоты, необходимое для
нагревания тела или выделяемое им при
охлаждении.

3) Решение графических задач.

№ 1-качественная. Рассмотрев график нагревания
и плавления олова, ответьте на вопросы:

 

1. Сколько времени нагревалось вещество от —
32°С до температуры плавления?

2. Сколько времени длился процесс плавления?

3. О чем говорит участок графика ДЕ?

Задача решается совместно. Затем ответы
проецируются на экран для проверки.

Ответы:

1. 20 мин.

2. 10 мин.

3. Тепловое равновесие с окружающей средой.

№ 2 — качественная. Рассмотрев график
охлаждения и кристаллизации вещества, ответьте
на вопросы:

1. Для какого вещества составлен график?

2. Определить состояние вещества на участках АВ
и ВС.

3. На каком участке происходило выделение
теплоты?

Задача решается самостоятельно на листе №4.

Ответы:

1. Для ртути.

2. Жидкое, жидкое — твердое.

3. На участках АВ, ВС.

№3 — расчетная. Рассмотрев график нагревания и
плавления льда, ответьте на вопросы:

1. Какова температура плавления вещества?

2. Какое количество теплоты израсходовано на
нагревание льда до температуры плавления?

3. Вычислите массу льда.

4. Какое количество теплоты израсходовано на
плавление части твердого тела?

5. Вычислите массу той части твердого тела,
вещество которой находится в расплавленном
состоянии?

6. Найти массу той части тела, вещество которой
осталось в расплаве в твердом состоянии.

Задача решается совместно. Затем ответы и
решения проецируются на экран для проверки.

Ответы:

1. 0оС.

2. 40 кДж.

3. 1,5 к г.

 

4. 140 кДж.

5. 0,4 к г.

 

Дано: Решение:

6. m = m1 -m2 = 1,5 к г.

№4. Рассмотрев график нагревания воды и
превращение ее в пар, ответьте на вопросы:

1. Какова температура кипения воды (при
нормальном атмосферном давлении) ?

2. Какое количество теплоты израсходовано на
нагревание воды до температуры кипения?

3. Вычислите массу воды.

4. Какое количество теплоты израсходовано на
превращение в пар части воды при температуре
кипения?

5. Вычислите массу той части воды, вещество
которой находится в парообразном состоянии.

6. Найдите массу той части вещества, которое
осталось в жидком состоянии.

Задача решается самостоятельно на листе №5.

Ответы:

1. 100°С.

2. 400 кДж.

3. 1,9 кг.

 

4. 800 кДж.

5. 0,35 кг.

6. m = m1 — m2 = 1.55 кг.

4) Подведение итогов

Собрав листы с выполненными заданиями, учитель
выставляет оценки с комментариями, благодарит
всех за сотрудничество. Учащиеся высказывают
свою точку зрения по поводу урока.

5) Домашнее задание

Учитель разъясняет домашнее задание:

1. Построить график нагревания и плавления
стали в координатных осях t от Q, если на нагрев
стали от 500o C до температуры плавления
израсходовано 500 кДж теплоты, а на плавление — 60
кДж теплоты.

2. Решить по аналогии с задачей №3.(Ответить на
вопросы задачи №3).

Понравилась статья? Поделить с друзьями:

Не пропустите также:

  • Как исправить челюсть которая уходит вперед
  • Мне надо деньги как можно найти
  • Как исправить ошибки в бухгалтерском балансе за прошлый год
  • Как составить решение делопроизводство
  • Как найти работу если учишься заочно

  • 0 0 голоса
    Рейтинг статьи
    Подписаться
    Уведомить о
    guest

    0 комментариев
    Старые
    Новые Популярные
    Межтекстовые Отзывы
    Посмотреть все комментарии