нельзя создать циклический тепловой двигатель с помощью которого

Тепловые двигатели. Термодинамические циклы. Цикл Карно

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, A > 0, Q₂ 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 0, T₁ > T₂

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 β_х 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 β_Т 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, β_Т всегда больше единицы. Для обращенного цикла Карно

Источник

Нельзя создать циклический тепловой двигатель с помощью которого

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.

На рисунке приведён цикл, осуществляемый с одним молем идеального газа. Если U — внутренняя энергия газа, А — работа, совершаемая газом, Q — сообщённое газу количество теплоты, то условия выполняются совместно на участке

Источник

Нельзя создать циклический тепловой двигатель с помощью которого

Возможна ли такая идеальная тепловая машина, которая за цикл получает от нагревателя 50 Дж и совершает полезную работу 100 Дж? Каков КПД такой тепловой машины?

1) возможна,

2) возможна,

3) возможна,

4) невозможна,

Подобная тепловая машина невозможна, поскольку, согласно второму началу термодинамики, полезная работа за цикл всегда меньше, чем полученное от нагревателя количество теплоты. КПД такой тепловой машины равнялось бы

Идеальный газ совершает циклический процесс 1→2→3→4→1, изображенный на рисунке. В результате этого циклического процесса

1) суммарная работа, совершенная газом, равна нулю.

2) изменение внутренней энергии газа равно нулю.

3) суммарное количество полученной и отданной газом теплоты равно нулю.

4) вся теплота, полученная газом в процессе 1→2→3, полностью преобразуется в механическую работу.

Внутренняя энергия является функцией состояния газа, то есть она зависит только от того, в каком состоянии находится газ. Поскольку в результате циклического процесса газ возвращается в исходное состояние, изменение его внутренней энергии оказывается в итоге равным нулю.

Обсудим, почему остальные варианты не являются верными.

На диаграмме работе, совершаемой идеальным газом за цикл, соответствует площадь цикла. Поскольку эта площадь отлична от нуля, заключаем, что суммарная работа газа не равна нулю.

Согласно первому началу термодинамики, переданное газу тепло идет на работу против внешних сил и на изменение внутренней энергии: Изменение энергии в процессе 1→2→3→4→1 равно нулю, работа отлична от нуля, следовательно, суммарное количество полученной и отданной газом теплоты не может быть равным нулю.

Наконец, если применить первое начало отдельно для процесса 1→2→3, то легко увидеть, что, так как газ греется, его внутренняя энергия на этом участке увеличивается, а значит, не все переданное газу тепло идет на работу.

Источник

Нельзя создать циклический тепловой двигатель с помощью которого

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.

На рисунке приведены графики зависимости давления 1 моль идеального газа от абсолютной температуры для различных процессов.

Изохорному процессу соответствует график

В процессе эксперимента газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 3 кДж. При этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 13 кДж. Следовательно, газ расширился. Какую работу он при этом совершил? (Ответ дайте в килоджоулях.)

При переводе идеального газа из состояния 1 в состояние 2 давление газа пропорционально его плотности. Масса газа в процессе остаётся постоянной. Утверждается, что в этом процессе

А. происходит изотермическое расширение газа.

Б. концентрация молекул газа увеличивается.

Из этих утверждений

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Идеальный газ отдал количество теплоты 300 Дж и при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 100 Дж. Какова работа, совершенная газом? (Ответ дайте в джоулях.)

Идеальный газ сначала нагревался при постоянном давлении, потом его давление уменьшалось при постоянном объеме, затем при постоянной температуре давление газа увеличилось до первоначального значения.

Какой из графиков в координатных осях p—Т на рисунке соответствует этим изменениям состояния газа?

На рисунке показан график зависимости давления p от внутренней энергии U для неизменного количества идеального одноатомного газа, участвующего в некотором процессе 1→2. Выберите верное утверждение, характеризующее этот процесс. Процесс 1→2 является

Идеальный газ сначала охлаждался при постоянном давлении, потом его давление увеличивалось при постоянном объеме, затем при постоянной температуре объем газа увеличился до первоначального значения. Какой из графиков на рисунке в координатных осях V—Т соответствует этим изменениям состояния газа?

Газ нагревают изобарически. Зависимость плотности этого газа от температуры правильно изображена на рисунке

Порции идеального газа сообщили некоторое количество теплоты. При этом газ совершил положительную работу. В результате внутренняя энергия порции газа

4) могла и увеличиться, и уменьшиться, и остаться неизменной

На графике показана зависимость давления p идеального газа от его объёма V в процессе 1–2–3–4–5.

Газ совершает минимальную работу на участке

Внешние силы совершили над газом работу 300 Дж, при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 500 Дж. В этом процессе газ

1) Отдал количество теплоты 100 Дж

2) Получил количество теплоты 200 Дж

3) Отдал количество теплоты 400 Дж

4) Получил количество теплоты 400 Дж

Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 3? (Ответ дайте в килоджоулях.)

Если идеальный газ получил количество теплоты 100 Дж, и при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 100 Дж, то какую работу совершил газ в этом процессе? (Ответ дайте в джоулях.)

Алюминиевому и железному цилиндрам одинаковой массы сообщили одинаковое количество теплоты. Определите примерное отношение изменения температур этих цилиндров (Ответ округлите до десятых.) Удельная теплоёмкость железа равна 460 Дж/(кг·К), алюминия — 900 Дж/(кг·К).

При переходе идеального газа из состояния 1 в состояние 2 давление газа пропорционально его плотности. Масса газа в процессе остаётся постоянной. Утверждается, что в этом процессе

А. происходит изотермическое сжатие газа.

Б. концентрация молекул газа увеличивается.

Из этих утверждений

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Идеальный тепловой двигатель, рабочим телом которого является идеальный газ, совершает цикл Карно. При этом газ получает положительное количество теплоты

1) на одном участке этого цикла

2) на двух участках этого цикла

3) на трёх участках этого цикла

4) на всех участках этого цикла

На рисунке показаны графики четырех процессов изменения состояния идеального газа.

Изобарным охлаждением является процесс

Два моля идеального газа, находящегося в закрытом сосуде при температуре 300 К, начинают нагревать. График зависимости давления p этого газа от времени t изображён на рисунке. Объём сосуда, в котором находится газ, равен

Каково изменение внутренней энергии газа, если ему передано количество теплоты 300 Дж, а внешние силы совершили над ним работу 500 Дж? (Ответ дайте в джоулях.)

Идеальный газ совершил работу 300 Дж и при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 300 Дж. Какое количество теплоты отдал или получил газ в этом процессе?

Какое(-ие) из приведённых утверждений верно(-ы)?

А. Положительное количество теплоты самопроизвольно переходит от более нагретого тела к более холодному.

Б. Нельзя создать циклический тепловой двигатель, с помощью которого можно энергию, полученную от нагревателя, полностью превратить в механическую работу.

На рисунке изображены два циклических процесса 1 → 2 →3 →4 → 1 и 5 → 6 → 7 → 8 → 5.

Какое из следующих утверждений справедливо?

А. Работа газа в случае циклического процесса 1 → 2 → 3 → 4 → 1 больше, чем работа газа в случае циклического процесса 5 → 6 → 7 → 8 → 5.

Б. Изменение внутренней энергии газа в результате циклического процесса 1 → 2 → 3 → 4 → 1 больше, чем изменение внутренней энергии газа в результате циклического процесса 5 → 6 → 7 → 8 → 5.

Идеальная тепловая машина с КПД 60% за цикл работы получает от нагревателя 50 Дж. Какое количество теплоты машина отдает за цикл холодильнику? (Ответ дайте в джоулях.)

Какое(-ие) из приведённых утверждений верно(-ы)?

А. При тепловом контакте двух тел, имеющих разную температуру, положительное количество теплоты самопроизвольно не может переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой.

Б. Нельзя создать циклический тепловой двигатель, с помощью которого можно энергию, полученную от нагревателя, полностью превратить в механическую работу.

На каком из рисунков правильно изображена зависимость КПД идеальной тепловой машины от температуры холодильника при неизменной температуре нагревателя ?

Относительная влажность воздуха в цилиндре под поршнем равна 70 %. Воздух изотермически сжали, уменьшив его объём в два раза. Какова стала относительная влажность воздуха? (Ответ дайте в процентах.)

Идеальная тепловая машина за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж и отдает холодильнику 40 Дж. Каков КПД тепловой машины? (Ответ дайте в процентах.)

Температура холодильника тепловой машины 300 К, температура нагревателя на 300 К больше, чем у холодильника. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)

Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, равна T₁, а температура холодильника равна T₂. За цикл двигатель совершает работу, равную А. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Б) количество теплоты, получаемое двигателем за цикл от нагревателя

1)

2)

3)

4)

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

На рисунке представлен график цикла, проведённого с одноатомным идеальным газом. На каком из участков внутренняя энергия газа уменьшалась? Количество вещества газа постоянно.

На рисунке приведён цикл, осуществляемый с идеальным газом. Работа не совершается на участке

Температура холодильника тепловой машины 400 К, температура нагревателя на 100 К больше, чем у холодильника. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)

Идеальная тепловая машина с КПД за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл? (Ответ дайте в джоулях.)

Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, равна T₁, а температура холодильника равна T₂. За цикл двигатель совершает работу, равную А. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) количество теплоты, отдаваемое двигателем за цикл холодильнику

1)

2)

3)

4)

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

На рисунке изображена зависимость давления p насыщенного водяного пара от температуры T. Точкой A на этом графике обозначено состояние пара, находящегося в закрытом сосуде. Чему равна относительная влажность воздуха (в процентах) в этом сосуде? Ответ округлите до целого числа.

На рисунке приведён график зависимости температуры твёрдого тела от отданного им количества теплоты. Масса тела 4 кг. Какова удельная теплоёмкость вещества этого тела? Ответ дайте в джоулях на килограмм на градус Кельвина.

В идеальной тепловой машине абсолютная температура нагревателя отличается от температуры холодильника в 2,5 раза. Чему равен КПД этой машины? Ответ приведите в процентах.

На рисунке приведён цикл, осуществляемый с одним молем идеального газа. Если U — внутренняя энергия газа, А — работа, совершаемая газом, Q&nbsp— сообщённое газу количество теплоты, то условия выполняются совместно на участке

Идеальный газ совершает циклический процесс 1→2→3→4→1, изображенный на рисунке. В результате этого циклического процесса

1) суммарная работа, совершенная газом, равна нулю.

2) изменение внутренней энергии газа равно нулю.

3) суммарное количество полученной и отданной газом теплоты равно нулю.

4) вся теплота, полученная газом в процессе 1→2→3, полностью преобразуется в механическую работу.

Идеальный газ совершает циклический процесс, изображённый на рисунке. Процесс 2−3 — адиабатический. Выберите верное утверждение.

1) на участке 2−3 газ получал теплоту

2) на участке 1−2 газ совершал работу

3) на участке 3−1 температура газа понижалась

4) в целом за цикл газ совершил отрицательную работу

Четыре шарика 1, 2, 3 и 4 одинаковой массы, сделанные из различных материалов, находятся в твёрдом состоянии. Шарики нагревают в одной и той же печи. На рисунке приведены графики зависимостей температуры t шариков от времени τ. Наибольшей удельной теплоёмкостью обладает шарик

Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде 30%. Какой будет относительная влажность, если объём сосуда при неизменной температуре уменьшить в 3 раза? (Ответ дать в процентах.)

Два моля одноатомного идеального газа переводят из состояния с температурой в состояние с температурой (см. рисунок). Количество теплоты, которое в этом процессе сообщено газу, соответствует столбцу на гистограмме, обозначенному цифрой

Какую работу за цикл совершит тепловой двигатель, получивший от нагревателя количество теплоты 800 кДж, если его КПД 30%? Ответ выразите в килоджоулях.

Давление пара в помещении при температуре 5 °C равно 756 Па. Давление насыщенного пара при этой же температуре равно 880 Па. Какова относительная влажность воздуха? (Ответ дать в процентах, округлив до целых.)

Какое количество теплоты необходимо для нагревания свинцовой детали массой 30 г от 25 °С до 125 °С? (Ответ дать в джоулях.) Удельная теплоёмкость свинца равна 130 Дж/(кг·°С).

Некоторое количество воды поместили в закрытый сосуд, в котором находился сухой воздух. Через достаточно продолжительное время после этого на дне сосуда

1) останется прежнее количество воды

2) останется меньшее количество воды

3) совсем не останется воды

4) может остаться меньшее количество, а может и совсем не остаться воды

Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде 30%. Какой станет относительная влажность, если объём сосуда при неизменной температуре уменьшить в 2 раза? (Ответ дать в процентах.)

В сосуде с подвижным поршнем находятся вода и её насыщенный пар. Объём пара изотермически уменьшили в 2 раза. Во сколько раз увеличилась концентрация молекул пара?

Давление насыщенного пара при температуре 15 °С равно 1,71 кПа. Если относительная влажность воздуха равна 59 % то каково парциальное давление пара при температуре 15 °С? (Ответ дайте в кПа с точностью до сотых.)

На фотографии представлены два термометра, используемые для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометрической таблицы, в которой влажность указана в процентах.

Психрометрическая таблица представлена ниже.

	Разность показаний сухого и влажного термометров
0	1	2	3	4	5	6	7	8
10	100	88	76	65	54	44	34	24	14
11	100	88	77	66	56	46	36	26	17
12	100	89	78	68	57	48	38	29	20
13	100	89	79	69	59	49	40	31	23
14	100	90	79	70	60	51	42	33	25
15	100	90	80	71	61	52	44	36	27
16	100	90	81	71	62	54	45	37	30
17	100	90	81	72	64	55	47	39	32
18	100	91	82	73	64	56	48	41	34
19	100	91	82	74	65	58	50	43	35
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37
21	100	91	83	75	67	60	52	46	39
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44

Какова относительная влажность воздуха в помещении, в котором проводилась съемка? (Ответ дать в процентах.)

Источник