10 задач по физике для 10 класса по теме «Тепловые двигатели и их КПД» — от простых к сложным, с ответами и подробными решениями. Решите задачу, введите ответ числом — сайт сразу проверит его. Если не получается, откройте решение: дано, формула, вычисление.
Тепловой двигатель получил от нагревателя 1200 Дж теплоты и совершил полезную работу 300 Дж. Определите КПД двигателя. Ответ выразите в долях единицы.
Дано: Q₁ = 1200 Дж; A = 300 Дж.
Найти: η.
Решение: КПД теплового двигателя определяется формулой η = A / Q₁. Подставим значения: η = 300 / 1200 = 0,25.
Ответ: 0,25.
Паровая турбина работает с КПД 30%. За один цикл она получает от нагревателя 2000 Дж теплоты. Какую полезную работу совершает турбина за один цикл?
Дано: η = 30% = 0,3; Q₁ = 2000 Дж.
Найти: A.
Решение: КПД двигателя η = A / Q₁. Отсюда полезная работа A = η · Q₁. Подставим значения: A = 0,3 · 2000 = 600 Дж.
Ответ: 600 Дж.
За один цикл тепловой двигатель получает от нагревателя 8000 Дж теплоты и передаёт холодильнику 5000 Дж. Определите КПД двигателя. Ответ выразите в долях единицы.
Дано: Q₁ = 8000 Дж; Q₂ = 5000 Дж.
Найти: η.
Решение: Полезная работа двигателя равна разности полученной и отданной теплоты: A = Q₁ − Q₂. A = 8000 − 5000 = 3000 Дж. КПД двигателя: η = A / Q₁ = 3000 / 8000 = 0,375.
Ответ: 0,375.
Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя 5 МДж теплоты, а холодильнику отдаёт 3,5 МДж. Определите полезную работу двигателя за один цикл.
Дано: Q₁ = 5 МДж; Q₂ = 3,5 МДж.
Найти: A.
Решение: Согласно закону сохранения энергии полезная работа теплового двигателя равна разности количества теплоты, полученного от нагревателя, и количества теплоты, переданного холодильнику: A = Q₁ − Q₂. Подставим значения: A = 5 − 3,5 = 1,5 МДж.
Ответ: 1,5 МДж.
Двигатель автомобиля при сгорании топлива получает 60 МДж энергии. За это время он совершает полезную работу 18 МДж. Определите КПД двигателя в процентах.
Дано: Q₁ = 60 МДж; A = 18 МДж.
Найти: η.
Решение: КПД теплового двигателя определяется формулой η = A / Q₁ · 100%. Подставим значения: η = 18 / 60 · 100% = 30%.
Ответ: 30%.
Тепловой двигатель имеет КПД 25%. За один цикл он получает от нагревателя 4 кДж теплоты. Какое количество теплоты двигатель передаёт холодильнику за один цикл?
Дано: η = 25% = 0,25; Q₁ = 4 кДж.
Найти: Q₂.
Решение: Сначала найдём полезную работу двигателя: η = A / Q₁, откуда A = η · Q₁. A = 0,25 · 4 = 1 кДж. По закону сохранения энергии Q₁ = A + Q₂. Отсюда Q₂ = Q₁ − A = 4 − 1 = 3 кДж.
Ответ: 3 кДж.
Тепловой двигатель мощностью 20 кВт работает с КПД 40%. Какое количество теплоты получает двигатель от нагревателя за 1 минуту? Считайте мощность постоянной.
Дано: P = 20 кВт = 20000 Вт; η = 40% = 0,4; t = 1 мин = 60 с.
Найти: Q₁.
Решение: Полезная работа двигателя за время t равна A = P · t. A = 20000 · 60 = 1200000 Дж = 1200 кДж. КПД двигателя η = A / Q₁. Отсюда Q₁ = A / η. Подставим значения: Q₁ = 1200 / 0,4 = 3000 кДж.
Ответ: 3000 кДж.
Двигатель автомобиля за поездку израсходовал 2 кг бензина. Удельная теплота сгорания бензина равна 4,6 · 10⁷ Дж/кг. Полезная работа двигателя за поездку составила 23 МДж. Определите КПД двигателя в процентах.
Дано: m = 2 кг; q = 4,6 · 10⁷ Дж/кг; A = 23 МДж = 23 · 10⁶ Дж.
Найти: η.
Решение: Количество теплоты, выделившееся при сгорании бензина: Q₁ = q · m. Q₁ = 4,6 · 10⁷ · 2 = 9,2 · 10⁷ Дж = 92 МДж. КПД двигателя: η = A / Q₁ · 100%. Подставим значения: η = 23 / 92 · 100% = 25%.
Ответ: 25%.
Тепловой двигатель за цикл совершает полезную работу 1,2 МДж. Его КПД равен 30%. Определите количество теплоты, которое двигатель передаёт холодильнику за один цикл.
Дано: A = 1,2 МДж; η = 30% = 0,3.
Найти: Q₂.
Решение: Из формулы КПД η = A / Q₁ выразим количество теплоты, полученное от нагревателя: Q₁ = A / η. Q₁ = 1,2 / 0,3 = 4 МДж. По закону сохранения энергии Q₁ = A + Q₂. Следовательно, Q₂ = Q₁ − A = 4 − 1,2 = 2,8 МДж.
Ответ: 2,8 МДж.
Тепловой двигатель работает между нагревателем с температурой 500 К и холодильником с температурой 300 К. Максимально возможный КПД такого двигателя определяется формулой ηₘₐₓ = (T₁ − T₂) / T₁, где T₁ — температура нагревателя, T₂ — температура холодильника. Реальный КПД двигателя составляет половину максимально возможного. За один цикл двигатель получает от нагревателя 5 МДж теплоты. Определите полезную работу двигателя за один цикл.
Дано: T₁ = 500 К; T₂ = 300 К; Q₁ = 5 МДж; η = ηₘₐₓ / 2.
Найти: A.
Решение: 1. Найдём максимально возможный КПД двигателя: ηₘₐₓ = (T₁ − T₂) / T₁ = (500 − 300) / 500 = 200 / 500 = 0,4.
2. Определим реальный КПД: η = 0,4 / 2 = 0,2.
3. Найдём полезную работу двигателя по формуле η = A / Q₁, откуда A = η · Q₁. A = 0,2 · 5 = 1 МДж.
Ответ: 1 МДж.