Какую полезную работу совершает идеальная тепловая машина за один цикл

Тема. Решение задач по теме «Физические принципы работы тепловых машин. Циклы тепловых машин. К.п.д. тепловых двигателей».

• помочь учащимся сформулировать принципы работы тепловой машины, разобраться в ее принципиальном, с точки зрения физики, устройстве;
• научить вычислять полезную работу, совершенную тепловой машиной за цикл;
• освоить методы расчета к.п.д. тепловых двигателей.

В ходе проведения занятия необходимо рассмотреть ряд качественных задач и далее решить несколько расчетных задач по мере возрастания их сложности.

Прежде чем приступить к выполнению задания, следует сформулировать физические принципы работы тепловой машины, вспомнить, что работа за цикл определяется площадью под кривой цикла, определить понятие к.п.д. тепловой машины, кратко рассмотреть обратимый цикл Карно и его к.п.д., при этом обратив внимание, что значение к.п.д. обратимого цикла Карно ставит теоретический предел возможному значению к.п.д. реальной тепловой машины.

1. Восходящий от поверхности земли поток воздуха представляет собой своеобразный тепловой двигатель. Укажите в нем основные части, присущие любому тепловому двигателю.
2. Что является нагревателем и холодильником в ракетном двигателе?
3. Станет ли к.п.д. тепловой машины равным 100 %, если трение в частях машины свести к нулю?
4. Какие пути вы можете указать для повышения к.п.д. тепловых двигателей?
5. Почему в качестве источников энергии затруднительно использовать внутреннюю энергию вод мирового океана и земной атмосферы?

Примеры решения расчетных задач

Рабочее вещество, внутренняя энергия которого U связана с давлением P и объемом V соотношением U = kPV, совершает термодинамический цикл, состоящий из изобары, изохоры и адиабаты (рис. 1). Работа, совершенная веществом во время изобарного процесса, в m = 5 раз превышает работу внешних сил по сжатию вещества, совершенную при адиабатическом процессе. К.п.д. цикла η=1/4. Определите k.

Подставляя (5) и (6) в (1) и решая относительно k, находим

Рабочее вещество тепловой машины совершает цикл Карно между изотермами T и T₁ (T₁>T) (рис. 2). Холодильником является резервуар, температура которого постоянна и равна T₂ = 200 К (T₂ 2 и 2–>3, в которых давление P газа линейно зависит от занимаемого им объема V, и изохорического процесса 3–>1 (рис. 3). Величины P и V считаются известными. Найдите:

1. температуру и давление газа в точке 3;
2. работу, совершенную газом за цикл;
3. к.п.д. машины.

Давление, объем и температуру в точках 1, 2 и 3 обозначим через P, V и T с соответствующими индексами.

Итак, совершая полный цикл, газ получает тепло на участках 3–>1 и 1–>К. Количество полученного на этих участках тепла определяется равенствами (5) и (11).

Работа, совершенная газом за цикл, найдена в (4).

Теперь есть все данные для определения к.п.д. цикла.

Ответ: к.п.д. рассмотренного цикла равен 32 %.

Идеальная холодильная машина имеет в качестве холодильника резервуар с водой при 0°С, а в качестве нагревателя — резервуар с кипящей водой. Какую работу надо совершить, чтобы превратить в лед 1 кг воды? Какое количество воды в нагревателе превратится при этом в пар? Удельная теплота плавления льда λ = 340 кДж/кг, удельная теплота парообразования воды r = 2260 кДж/кг.

Холодильная машина работает по такому принципу: за счет внешней механической работы тепло отнимается от более холодного резервуара и передается более горячему резервуару.

Полезный эффект холодильной машины определяется количеством теплоты Q_x, отобранным у охлаждаемого тела, а затраченная энергия — это внешняя работа A, совершенная над рабочим телом. Отношение

обычно называют холодильным коэффициентом.

Если холодильная машина работает по так называемому идеальному циклу — обратному циклу Карно (цикл Карно теперь обходится против часовой стрелки), то

Из этой формулы видно, что ε может быть меньше, больше или равен 100 %. Действительно, возможно построить холодильную машину, у которой разность температур нагревателя и холодильника будет больше, меньше или равна температуре холодильника.

Тот факт, что ε может быть больше 100 %, иногда вызывает вопрос — не нарушается ли при этом закон сохранения энергии. На самом деле никакого противоречия с законом сохранения энергии нет. Тепло, отработанное у охлаждаемого тела, и энергия, затраченная на совершение работы извне, вовсе не переходят друг в друга, а отдаются нагревателю (обычно у холодильных машин им является окружающая среда).

Холодильный коэффициент идеальной машины, работающей в заданном по условию задачи температурном интервале, равен

При замерзании 1 кг воды выделяется количество теплоты

Совершенная при этом работа

Нагреватель получает количество теплоты Q_н

Следовательно, в пар превратится масса воды

Задачи для самостоятельной работы

1. Тепловая машина имеет коэффициент полезного действия (к.п.д.) η = 20 %. Каким станет ее к.п.д., если количество теплоты, потребляемое за цикл, увеличится на 40 %, а количество теплоты, отдаваемое холодильнику, уменьшится на 20 %?

Ответ: к.п.д. машины стал, то есть увеличился, и составляет примерно 54 %.

2. Рассчитайте к.п.д. циклов, представленных на рис. 4.

Ответ:

3. На рис. 5 показаны два замкнутых термодинамических цикла, произведенных с идеальным одноатомным газом 1–>2–>3–>4–>1 и 1–>5–>6–>4–>1. У какого из циклов коэффициент полезного действия выше? Во сколько раз?

Ответ: для второго цикла к.п.д. выше, η₁=0,74η₂ .

4. Найдите к.п.д. цикла, состоящего из двух изохор и двух адиабат (рис. 6). Рабочим веществом является азот. Известно, что в пределах цикла объем газа изменяется в 10 раз, то есть V_max / V_min=10 .

5. Определите к.п.д. цикла, показанного на рис. 7. Газ идеальный одноатомный. Участки 2–>3 и 4–>5 на чертеже представляют собой дуги окружностей с центрами в точках O₁ и O₂.

1. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика. Т. 3. Строение и свойства вещества. — М.: Физматлит: Лаборатория базовых знаний; СПб.: Невский диалект, 2001. — С. 142-170.
2. Белолипецкий С.Н., Еркович О.С., Казаковцева В.А. и др. Задачник по физике. — М.: Физматлит, 2005. — С. 88-90.
3. Готовцев В.В. Лучшие задачи по механике и термодинамике. — М.; Ростов н/Д: Издательский центр «Март», 2004. — С. 254-268.

источник

1. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно с температурой нагревателя 580 К и температурой холодильника и совершает за один цикл работу 3 кДж. Количество теплоты, полученное за один цикл рабочим телом от нагревателя, равно

1) 2 кДж 2) 3 кДж 3) 6 кДж 4) 9 кДж

Известно, что , – сразу переходим к шкале температур Кельвина. Зная температуры нагревателя и холодильника, можем найти КПД машины:

КПД машины еще можно записать иначе: , откуда искомое количество теплоты: , или 6 кДж

2. КПД тепловой машины 30%. За 10 с рабочему телу машины поступает от нагревателя 3 кДж теплоты. Средняя полезная мощность машины равна

1) 9 Вт 2) 30 Вт 3) 90 Вт 4) 300 Вт

Средняя полезная мощность машины – это скорость выполнения работы, или работа, произведенная в единицу времени. Время у нас есть – 10 секунд, осталось найти производимую работу. Зная КПД, это сделать несложно:

, Дж.

Найдем теперь среднюю мощность: Вт

3.Температура холодильника тепловой машины 400 К, температура нагревателя на 200 К больше, чем у холодильника. Максимально возможный КПД машины равен

Определим температуру нагревателя: .

Максимальным КПД машины будет, если она работает по циклу Карно. Тогда ее наибольший КПД:

4. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно, совершая за один цикл работу 2 кДж. Количество теплоты 2 кДж рабочее тело двигателя отдает за один цикл холодильнику, температура которого

. Температура нагревателя равна

1) 2) 3) 4)

Известно, что Дж, Дж. Переходим к шкале Кельвина: . Если машина идеальная и потерь тепла не происходит, то тепло, взятое от нагревателя, пойдет на выполнение работы и частично будет передано холодильнику: Дж. Тогда КПД машины , а теперь можем записать КПД через температуры нагревателя и холодильника:

, откуда и найдем температуру нагревателя: , К, и не забудем, что ответ нам предложено дать в градусах Цельсия:

5. Иде­аль­ная теп­ло­вая ма­ши­на с тем­пе­ра­ту­рой хо­ло­диль­ни­ка 300 К и тем­пе­ра­ту­рой на­гре­ва­те­ля 400 К за один цикл своей ра­бо­ты по­лу­ча­ет от на­гре­ва­те­ля ко­ли­че­ство теп­ло­ты 10 Дж. За счёт со­вер­ша­е­мой ма­ши­ной ра­бо­ты груз мас­сой 10 кг под­ни­ма­ет­ся вверх с по­верх­но­сти земли. На какую вы­со­ту над землёй под­ни­мет­ся этот груз через 100 цик­лов ра­бо­ты ма­ши­ны?

1) 7,5 м
2) 10 м
3) 0,1 м
4) 2,5 м

Работа, которую совершает машина, пойдет на подъем груза. То есть нужно определить работу, совершаемую за цикл, и затем узнать, какая работа совершена за 100 циклов. Тело поднимается вверх, значит, его потенциальная энергия увеличивается. Вся работа, таким образом, пойдет на увеличение этой потенциальной энергии, и мы узнаем, на какую высоту подняли тело. Делаем!

Сначала работа за цикл. Известно, что Дж, К, К. КПД машины (она идеальная): , КПД через работу: , а работа за один цикл тогда Дж. Понятно, что за 100 циклов будет совершена в 100 раз большая работа: 250 Дж.

Теперь пора вспомнить формулу потенциальной энергии: , и, наконец, находим высоту: м.

6. Иде­аль­ная теп­ло­вая ма­ши­на имеет тем­пе­ра­ту­ру хо­ло­диль­ни­ка 300 К и на­гре­ва­те­ля 800 К. Ко­ли­че­ство теп­ло­ты, по­сту­па­ю­щее за один цикл ра­бо­ты ма­ши­ны от на­гре­ва­те­ля к ра­бо­че­му телу, уве­ли­чи­ли на 160 Дж. Опре­де­ли­те, как и на сколь­ко из­ме­ни­лось ко­ли­че­ство теп­ло­ты, ко­то­рое отдаёт ра­бо­чее тело хо­ло­диль­ни­ку, если из­вест­но, что КПД теп­ло­вой ма­ши­ны остал­ся не­из­мен­ным?

1) уве­ли­чи­лось на 30 Дж
2) уве­ли­чи­лось на 60 Дж
3) умень­ши­лось на 60 Дж
4) умень­ши­лось на 160 Дж

Найдем КПД машины: . КПД машины можно записать . Тогда , .

Теперь изменим количество теплоты на 160 Дж: . Тогда . Итак, количество теплоты, отдаваемое холодильнику, вырастет на 60 Дж.

7. На гра­фи­ке при­ве­де­на за­ви­си­мость КПД иде­аль­ной теп­ло­вой ма­ши­ны от тем­пе­ра­ту­ры ее хо­ло­диль­ни­ка. Чему равна тем­пе­ра­ту­ра на­гре­ва­те­ля этой теп­ло­вой ма­ши­ны?

2) 700 К
3) 1000 К
4) 1200 К

Возьмем на графике какую-нибудь точку, которой будут соответствовать целые значения КПД и температуры холодильника, например:

И по этим данным определим температуру нагревателя: ,

,

K.

источник

Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Опеделить КПД машины, если известно, что за один цикл машина совершает работу в 1 кДж и передает холодильнику 4 кДж теплоты.

При нагревании идеального газа средняя квадратичная скорость теплового движения молекул увеличилась в 4 раза. Как изменилась при этом абсолютная температура газа ?

Сколько степеней свободы приходится на вращательное движение молекулы водорода ?

Какой из факторов не влияет на силу внутреннего трения в газах при давлениях, мало отличающихся от атмосферного ?

В баллоне находилась масса кг газа при давлении Р 1= 10 мПа. Какую массу газа взяли из баллона, если давление стало равным P 2= 2,5 мПа ? Температуру газа считать постоянной.

Во сколько раз плотность воздуха, заполняющего помещение зимой , больше его плотности летом ? Давление газа считать постоянным.

Тепловая машина за цикл получает от нагревателя количество теплоты 100 Дж и отдает холодильнику 70 Дж. Чему равен КПД машины ?

Укажите математическую запись закона Фурье:

Укажите правильное соотношение между КПД обратимой машины , работающей по циклу Карно, и КПД необратимой машины , если у них одинаковы нагреватель и холодильник ?

Оцените максимальное значение КПД, которое может иметь тепловая машина, с температурой нагревателя 227 С и температурой холодильника 27 С?

Какое из соотношений противоречит первому началу термодинамики, если — теплота, взятая от нагревателя, — теплота, переданная холодильнику, A — работа, совершенная системой ?

Дата добавления: 2014-10-31 ; просмотров: 79 ; Нарушение авторских прав

источник

Второе начало термодинамики возникло из анализа работы тепловых двигателей (машин). В формулировке Кельвина оно выглядит следующим образом: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу.

Схема действия тепловой машины (теплового двигателя) представлена на рис. 6.3.

Цикл работы теплового двигателя состоит из трех этапов:

1) нагреватель передает газу количество теплоты Q 1 ;

2) газ, расширяясь, совершает работу A ;

3) для возвращения газа в исходное состояние холодильнику передается теплота Q 2 .

Из первого закона термодинамики для циклического процесса

где Q — количество теплоты, полученное газом за цикл, Q = Q 1 − Q 2 ; Q 1 — количество теплоты, переданное газу от нагревателя; Q 2 — количество теплоты, отданное газом холодильнику.

Поэтому для идеальной тепловой машины справедливо равенство

Когда потери энергии (за счет трения и рассеяния ее в окружающую среду) отсутствуют, при работе тепловых машин выполняется закон сохранения энергии

где Q 1 — теплота, переданная от нагревателя рабочему телу (газу); A — работа, совершенная газом; Q 2 — теплота, переданная газом холодильнику.

Коэффициент полезного действия тепловой машины вычисляется по одной из формул:

η = A Q 1 ⋅ 100 % , η = Q 1 − Q 2 Q 1 ⋅ 100 % , η = ( 1 − Q 2 Q 1 ) ⋅ 100 % ,

где A — работа, совершенная газом; Q 1 — теплота, переданная от нагревателя рабочему телу (газу); Q 2 — теплота, переданная газом холодильнику.

Наиболее часто в тепловых машинах используется цикл Карно , так как он является самым экономичным.

Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат, показанных на рис. 6.4.

Участок 1–2 соответствует контакту рабочего вещества (газа) с нагревателем. При этом нагреватель передает газу теплоту Q 1 и происходит изотермическое расширение газа при температуре нагревателя T 1 . Газ совершает положительную работу ( A 12 > 0), его внутренняя энергия не изменяется (∆ U 12 = 0).

Участок 2–3 соответствует адиабатному расширению газа. При этом теплообмена с внешней средой не происходит, совершаемая положительная работа A 23 приводит к уменьшению внутренней энергии газа: ∆ U 23 = − A 23 , газ охлаждается до температуры холодильника T 2 .

Участок 3–4 соответствует контакту рабочего вещества (газа) с холодильником. При этом холодильнику от газа поступает теплота Q 2 и происходит изотермическое сжатие газа при температуре холодильника T 2 . Газ совершает отрицательную работу ( A 34 U 34 = 0).

Участок 4–1 соответствует адиабатному сжатию газа. При этом теплообмена с внешней средой не происходит, совершаемая отрицательная работа A 41 приводит к увеличению внутренней энергии газа: ∆ U 41 = − A 41 , газ нагревается до температуры нагревателя T 1 , т.е. возвращается в исходное состояние.

Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, вычисляется по одной из формул:

η = T 1 − T 2 T 1 ⋅ 100 % , η = ( 1 − T 2 T 1 ) ⋅ 100 % ,

где T 1 — температура нагревателя; T 2 — температура холодильника.

Пример 9. Идеальная тепловая машина совершает за цикл работу 400 Дж. Какое количество теплоты передается при этом холодильнику, если коэффициент полезного действия машины равен 40 %?

Решение . Коэффициент полезного действия тепловой машины определяется формулой

где A — работа, совершаемая газом за цикл; Q 1 — количество теплоты, которое передается от нагревателя рабочему телу (газу).

Искомой величиной является количество теплоты Q 2 , переданное от рабочего тела (газа) холодильнику, не входящее в записанную формулу.

Связь между работой A , теплотой Q 1 , переданной от нагревателя газу, и искомой величиной Q 2 устанавливается с помощью закона сохранения энергии для идеальной тепловой машины

Уравнения образуют систему

η = A Q 1 ⋅ 100 % , Q 1 = A + Q 2 , >

которую необходимо решить относительно Q 2 .

Для этого исключим из системы Q 1 , выразив из каждого уравнения

Q 1 = A η ⋅ 100 % , Q 1 = A + Q 2 >

и записав равенство правых частей полученных выражений:

Искомая величина определяется равенством

Q 2 = A η ⋅ 100 % − A = A ( 100 % η − 1 ) .

Q 2 = 400 ⋅ ( 100 % 40 % − 1 ) = 600 Дж.

Количество теплоты, переданной за цикл от газа холодильнику идеальной тепловой машины, составляет 600 Дж.

Пример 10. В идеальной тепловой машине от нагревателя к газу поступает 122 кДж/мин, а от газа холодильнику передается 30,5 кДж/мин. Вычислить коэффициент полезного действия данной идеальной тепловой машины.

Решение . Для расчета коэффициента полезного действия воспользуемся формулой

где Q 2 — количество теплоты, которое передается за цикл от газа холодильнику; Q 1 — количество теплоты, которое передается за цикл от нагревателя рабочему телу (газу).

Преобразуем формулу, выполнив деление числителя и знаменателя дроби на время t :

η = ( 1 − Q 2 / t Q 1 / t ) ⋅ 100 % ,

где Q 2 / t — скорость передачи теплоты от газа холодильнику (количество теплоты, которое передается газом холодильнику в секунду); Q 1 / t — скорость передачи теплоты от нагревателя рабочему телу (количество теплоты, которое передается от нагревателя газу в секунду).

В условии задачи скорость передачи теплоты задана в джоулях в минуту; переведем ее в джоули в секунду:

Q 1 t = 122 кДж/мин = 122 ⋅ 10 3 60 Дж/с ;

Q 2 t = 30,5 кДж/мин = 30,5 ⋅ 10 3 60 Дж/с .

Рассчитаем коэффициент полезного действия данной идеальной тепловой машины:

η = ( 1 − 30,5 ⋅ 10 3 60 ⋅ 60 122 ⋅ 10 3 ) ⋅ 100 % = 75 % .

Пример 11. Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, равен 25 %. Во сколько раз увеличится коэффициент полезного действия, если температуру нагревателя увеличить, а температуру холодильника уменьшить на 20 %?

Решение . Коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, определяется следующими формулами:

• до изменения температур нагревателя и холодильника —

где T 1 — первоначальная температура нагревателя; T 2 — первоначальная температура холодильника;

• после изменения температур нагревателя и холодильника —

где T ′ 1 — новая температура нагревателя, T ′ 1 = 1,2 T 1 ; T ′ 2 — новая температура холодильника, T ′ 2 = 0,8 T 2 .

Уравнения для коэффициентов полезного действия образуют систему

η 1 = ( 1 − T 2 T 1 ) ⋅ 100 % , η 2 = ( 1 − 0,8 T 2 1,2 T 1 ) ⋅ 100 % , >

которую необходимо решить относительно η 2 .

Из первого уравнения системы с учетом значения η 1 = 25 % найдем отношение температур

T 2 T 1 = 1 − η 1 100 % = 1 − 25 % 100 % = 0,75

и подставим во второе уравнение

η 2 = ( 1 − 0,8 1,2 ⋅ 0,75 ) ⋅ 100 % = 50 % .

Искомое отношение коэффициентов полезного действия равно:

Следовательно, указанное изменение температур нагревателя и холодильника тепловой машины приведет к увеличению коэффициента полезного действия в 2 раза.

источник

1.Тепловая машина с КПД за цикл работы отдает холодильнику 100 Дж. Какое количество теплоты за цикл машина получает от нагревателя? (Ответ дайте в джоулях.)

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

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

4.Идеальная тепловая машина с КПД за цикл работы отдает холодильнику 100 Дж. Какое количество теплоты за цикл машина получает от нагревателя? (Ответ дайте в джоулях.)

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

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

7.Идеальная тепловая машина с КПД за цикл работы отдает холодильнику 80 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл? (Ответ дайте в джоулях.)

8.Если идеальная тепловая машина за цикл совершает полезную работу 50 Дж и отдает холодильнику 150 Дж, то каков ее КПД? (Ответ дайте в процентах.)

9.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.)

10.Температура нагревателя тепловой машины 900 К, температура холодильника на 300 К меньше, чем у нагревателя. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах, округлив до целых.)

11.Температура нагревателя тепловой машины 1 000 К, температура холодильника на 200 К меньше, чем у нагревателя. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)

12.Температура нагревателя тепловой машины 800 К, температура холодильника на 400 К меньше, чем у нагревателя. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)

13.Температура нагревателя тепловой машины 500 К, температура холодильника на 300 К меньше, чем у нагревателя. Максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)

14.Температура холодильника тепловой машины 400 К, температура нагревателя на 200 К больше, чем у холодильника. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах, округлив до целых.)

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

16.Температура холодильника тепловой машины 400 К, температура нагревателя на 600 К больше, чем у холодильника. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)

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

18.Температура нагревателя тепловой машины 800 К, температура холодильника в 2 раза меньше, чем у нагревателя. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах.)

19.Температура нагревателя тепловой машины 900 К, температура холодильника в 3 раза меньше, чем у нагревателя. Каков максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах, округлив до целых.)

20.В тепловой машине температура нагревателя 600 K, температура холодильника на 200 К меньше, чем у нагревателя. Максимально возможный КПД машины? (Ответ дайте в процентах, округлив до целых.)

21.КПД тепловой машины равен 20 %. Чему он будет равен, если количество теплоты, получаемое от нагревателя, увеличится на 25 %, а количество теплоты, отдаваемое холодильнику, уменьшится на 25 %? (Ответ дайте в процентах.)

22.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.)

23.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.)

24.Тепловая машина с КПД 40% за цикл работы получает от нагревателя количество теплоты, равное 300 Дж. Какую работу машина совершает за цикл? Ответ приведите в джоулях.

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

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

27.Тепловая машина с КПД 40% за цикл работы отдаёт холодильнику количество теплоты, равное 60 Дж. Какое количество теплоты машина получает за цикл от нагревателя? (Ответ дайте в джоулях.)

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

29.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 выразите в кДж.

30.Рабочее тело тепловой машины за цикл получает от нагревателя количество теплоты, равное 100 Дж, и совершает работу 60 Дж. Каков КПД тепловой машины? Ответ выразите в %.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 8642 — | 7087 — или читать все.

193.124.117.139 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

1. Дайте определение энергетической системы и назовите её основные элементы.

2. Что понимается под электроэнергетической системой?

3. Какие технико-экономические преимущества дает создание ЭЭС?

4. Назовите основные особенности процесса производства электроэнергии.

5. Какова структура электроэнергетической системы?

6. Какими технологическими процессами и операциями управляет диспетчер энергосистемы?

7. Назовите основные принципы диспетчерского управления.

8. Что входит в единую энергетическую систему России и как она управляется?

9. Что представляют собой электрические сети и их назначение?

10. По каким признакам классифицируются электрические сети?

11. Какова шкала номинальных напряжений электрических сетей?

12. Каковы режимы работы нейтралей электрических сетей и каковы последствия замыкания фазы на землю в них?

13. Назовите достоинства и недостатки сетей постоянного и переменного тока.

14. Назовите возможные области применения сетей постоянного тока.

15. Какова структура электропередачи постоянного тока?

16. Каково назначение ЛЭП и по каким признакам они классифицируются?

17. Назовите основные элементы воздушных линий электропередачи.

18. Какова конструкция неизолированных проводов?

19. Что такое расщепление фазы на несколько проводов и для чего оно выполняется?

20. Укажите виды опор ВЛ по материалу изготовления и по конструкции.

21. Что понимается под транспозицией фаз и для чего она выполняется?

22. Назовите виды изоляторов и их конструктивные элементы.

23. Назовите виды кабелей по напряжению и конструкции.

24. Чем объясняется малая длина кабельных линий переменного тока?

25. Что включают в себя системы электроснабжения?

26. От чего питаются системы электроснабжения?

27. Какую долю электроэнергии ЭЭС потребляют промышленные предприятия?

28. Какие величины суммарных установленных мощностей характерны для различных предприятий?

29. Назовите наиболее распространенный вид нагрузки на промышленных предприятиях.

30. Какое влияние на работу системы электроснабжения оказывают асинхронные двигатели?

31. Какие нагрузки оказывают наибольшее влияние на режимы работы системы электроснабжения?

32. Что представляет собой суточный график нагрузки потребителей электроэнергии?

33. Каким показателем характеризуется надежность электроснабжения потребителей?

34. Каковы особенности электроснабжения коммунально-бытовых потребителей?

Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем

1. Назовите назначение и основные функции автоматики в электроэнергетической системе.

2. Назовите основные автоматические устройства, управляющие режимами ЭЭС и их назначение.

3. Чем опасен режим короткого замыкания (КЗ)?

4. Что нужно предпринимать при КЗ в ЭЭС?

5. Назовите основные характеристики устройств релейной защиты (РЗ).

6. Какова структура устройств релейной защиты?

7. Каковы принципы функционирования устройств РЗ энергоустановок?

ЗАДАЧИ И ПРИМЕРЫ ИХ РЕШЕНИЯ

Основы термодинамики

Задача №1. Двигатель работает по циклу Карно. Как изменится КПД теплового двигателя, если при постоянной температуре холодильника 17 о С температуру нагревателя повысить со 127 до 447 о С?

Решение: КПД двигателя, работающего по циклу Карно,

При повышении температуру нагревателя T₁=273+447=720˚K

Таким образом, КПД увеличится в h₂/h₁= 59,7/27,5 = 2,17 раза.

Задача №2. Определить КПД двигателя, которому для выполнения работы 1,9 10 7 Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 10 7 Дж/кг. (Ответ: ).

Задача №3. Рабочее тело (газ) тепловой машины, работающей по идеальному циклу Карно, получает от нагревателя 8,36 10 3 Дж теплоты и 80% от неё передаёт холодильнику. Найти КПД цикла и работу, совершённую машиной. (Ответ: , =1,67 10 3 Дж).

Задача №4. Температура нагревателя идеальной тепловой машины в 3 раза выше, чем холодильника. Нагреватель передал газу количество теплоты 42 кДж. Какую работу совершил газ? (Ответ: =28 10 3 Дж).

Задача №5. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно, КПД которого 40%. Температура приёмника 0 О С. Найти температуру нагревателя и работу изотермического сжатия, если температура изотермического расширения 8 Дж. (Ответ: =4,8 Дж).

Задача №6. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает теплоту от нагревателя с температурой 200 О С (Т= О С +273) и отдаёт теплоту холодильнику с температурой 12 О С, совершая за один цикл работу = 10 МДж. Определить количество теплоты , отдаваемое холодильнику за один цикл. (Ответ: =15,5 МДж).

Задача №7. Нагреватель тепловой машины, работающей по циклу Карно, имеет температуру 200 О С. Определить температуру , охладителя, если при получении от нагревателя количества теплоты = 1 Дж машина совершает работу =0,4 Дж? Потери на трение и теплоотдачу не учитывать. (Ответ: =284 О К).

Задача №8. В идеальной тепловой машине, абсолютная температура холодильника которой вдвое меньше температуры нагревателя, не меняя температуры нагревателя температуру холодильника понизили вдвое. Как изменится КПД машины.

Решение: КПД идеальной тепловой машины

После понижения температуры холодильника вдвое

Таким образом, КПД увеличится в h₂/h₁=0,75/0,5 =1,5 раза.

Задача №9. Чему равна работа, совершаемая идеальной тепловой машиной за один цикл, в котором газ получает от нагревателя 75 кДж теплоты при абсолютной температуре нагревателя, втрое большей абсолютной температуры холодильника?

Задача №10. В некотором процессе газ совершил работу, равную 5 МДж, а его внутренняя энергия уменьшилась на 2 МДж. Какое количество теплоты передано газу в этом процессе?

Задача №11. В идеальном тепловом двигателе из каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, 700 Дж отдаётся холодильнику. Если температура нагревателя равна 227 О С, то чему равна температура холодильника?

Задача №12. Температура нагревателя идеального теплового двигателя 127 О С, а температура холодильника 7 О С. Количество теплоты, получаемое двигателем ежесекундно от нагревателя, равно 50 кДж. Какое количество теплоты отдаётся холодильнику за 1 секунду?

Задача №13. Температура нагревателя идеального теплового двигателя 227 О С, а температура холодильника 27 О С. Количество теплоты, получаемое двигателем ежесекундно от нагревателя, равно 50 кДж. Какое количество теплоты отдаётся холодильнику за 1 секунду?

Задача №14. В идеальном тепловом двигателе из каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, 300 Дж отдаётся холодильнику. Определить температуру нагревателя, если температура холодильника равна 7 О С?

Задача №15. При изотермическом расширении идеальному газу сообщили 10 Дж тепла. Чему равна работа, совершённая газом?

Задача №16. КПД теплового двигателя равен 25%. Во сколько раз количество теплоты, полученное двигателем от нагревателя, больше совершённой им полезной работы?

Задача №17. На сколько процентов повысится КПД тепловой машины, если, не изменяя температуру холодильника, повысить температуру нагревателя в n — раз?

Задача №18. В некотором процессе газ совершил работу, равную 2 МДж, а его внутренняя энергия уменьшилась на 3 МДж. Какое количество теплоты газ в этом процессе передал в окружающую среду?

Задача №19. Температура нагревателя идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, 227 О С. Определить температуру холодильника, если за счёт каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, двигатель совершает 350 Дж механической работы.

Задача №20. Тепловая машина с КПД 40% за цикл работы, получает от нагревателя 150 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

Задача №21. Идеальный газ отдал 300 Дж теплоты, а внешние силы совершили над ним работу 100 Дж. Как при этом изменилась внутренняя энергия газа? (увеличилась на 400 Дж, увеличилась на 200 Дж, увеличилась на 200 Дж, увеличилась на 400 Дж)

Задача №22. Тепловая машина с КПД 60% за цикл работы, получает от нагревателя 50 Дж. Какое количество теплоты машина отдаёт за это время в окружающую среду? (20 Дж, 30 Дж, 50 Дж, 80 Дж)

Задача №23. Тепловая машина с КПД 60% за цикл работы, получает от нагревателя 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

Задача №24. Идеальный газ сначала охлаждался при постоянном объёме, потом его объём уменьшался при постоянном давлении, затем при постоянной температуре объём газа увеличился до первоначального значения. Нарисовать в координатах p-v график изменения состояния газа.

Задача №25. Тепловая машина за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж и отдаёт холодильнику 40 Дж. Чему равен КПД тепловой машины? (40%, 60%, 29%, 43%).

Задача №26. Тепловая машина с КПД 50% за цикл работы, получает от нагревателя 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл? (200 Дж, 150 Дж, 100 Дж, 50 Дж).

Задача №27. Тепловая машина с КПД 20% за цикл работы, отдаёт холодильнику 80 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл? (100 Дж, 64 Дж, 20 Дж, 16 Дж).

Задача №28. Идеальный газ сначала охлаждался при постоянном давлении, потом его давление увеличивалось при постоянном объёме, затем при постоянной температуре уменьшилось до первоначального значения. Нарисовать в координатах p-Т график изменения состояния газа.

Задача №29. Идеальный газ совершил работу 100 Дж и отдал количество теплоты 300 Дж. Как при этом изменилась внутренняя энергия газа? (увеличилась на 400 Дж, увеличилась на 200 Дж, уменьшилась на 400 Дж, уменьшилась на 200 Дж).

Задача №30. Тепловая машина за цикл совершает работу 50 Дж и отдаёт холодильнику 40 Дж. Чему равен КПД тепловой машины? (100%, 50%, 33%, 67%).

Задача №31. Идеальный газ сначала нагревался при постоянном давлении, потом его давление уменьшилось при постоянном объёме, затем при постоянной температуре давление газа увеличилось до первоначального значения. Нарисовать в координатах p-Т график изменения состояния газа.

источник

Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя количество теплоты, равное 3 кДж и отдает холодильнику количество теплоты, равное 2,4 кДж. КПД двигателя равен

А 5 За цикл работы идеального теплового двигателя рабочему телу от нагревателя было передано количество теплоты 80 Дж, а холодиль­нику от рабочего тела — количество теплоты 60 Дж. КПД теплово­го двигателя равен 1) 25% 2) 33% 3) 67% 4) 75% А 6 Тепловой двигатель за цикл работы отдаёт холодильнику количест­во теплоты, равное 66 Дж, получая при этом от нагревателя количество теплоты, равное 99 Дж. КПД двигателя с точностью до сотых равен: 1) 0,20 2) 0,33 3) 0,50 4) 0,67 А 7 Тепловая машина с КПД 40 % получает за цикл от нагревателя 100 Дж. Какое количество теплоты машина отдает за цикл холодильнику? 1) 40 Дж 2) 60 Дж 3) 100 Дж 160 Дж А 8 Тепловая машина с КПД, равным 60 %, за некоторое время получает от нагревателя количество теплоты, равное 50 Дж. Какое количество теплоты машина отдаёт за это время окружающей среде? 1) 20 Дж 2) 30 Дж 3) 50 Дж 4) 80 Дж А 9 Тепловая машина с КПД 40 % за цикл работы отдаёт холодильнику количество теплоты, равное 60 Дж. Какое количество теплоты за цикл получает машина от нагревателя? 1) 250 Дж 2) 150 Дж 3) 100 Дж 4) 24 Дж А 10 Тепловая машина с КПД 50 % за цикл работы отдаёт холодильнику количество теплоты, равное 100 Дж. Какое количество теплоты за цикл получает машина от нагревателя? 1) 200 Дж 2) 150 Дж 3) 100 Дж 4) 50 Дж А 11 Тепловая машина с КПД 60 % за цикл работы отдаёт холодильнику количество теплоты, равное 100 Дж. Какое количество теплоты за цикл получает машина от нагревателя? 1) 600 Дж 2) 250 Дж 3) 150 Дж 4) 60 Дж А 12 Тепловой двигатель за цикл работы получает от нагревателя коли­чество теплоты на 33% больше по сравнению с тем количеством теплоты, которое отдает холодильнику. КПД теплового двигателя с точностью до целых равен: 1) 25% 2) -33% 3) 49% 4) 67%