Задачи по физике 10 класс: второй закон термодинамики

10 задач по физике для 10 класса по теме «Второй закон термодинамики» — 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.

Задачи на второй закон термодинамики

  1. Можно ли полностью превратить теплоту, полученную от нагревателя, в механическую работу в циклически работающем тепловом двигателе? Запишите числовой ответ: 1 — да, 0 — нет.

    Дано:

    Циклический тепловой двигатель.

    Решение:

    Согласно второму закону термодинамики, невозможно полностью превратить теплоту, полученную от одного нагревателя, в механическую работу в циклическом процессе. Часть теплоты обязательно передаётся холодильнику.

    Ответ: 0.

  2. Тепловой двигатель за цикл получил от нагревателя 800 Дж теплоты и передал холодильнику 500 Дж. Определите количество теплоты, которое двигатель превратил в механическую работу за цикл.

    Дано:

    Q₁ = 800 Дж

    Q₂ = 500 Дж

    Найти: A.

    Решение:

    Согласно закону сохранения энергии для теплового двигателя:

    A = Q₁ − Q₂.

    A = 800 − 500 = 300 Дж.

    Ответ: 300 Дж.

  3. Тепловой двигатель получает от нагревателя 1200 Дж теплоты за цикл и совершает полезную работу 360 Дж. Определите количество теплоты, передаваемое холодильнику за один цикл.

    Дано:

    Q₁ = 1200 Дж

    A = 360 Дж

    Найти: Q₂.

    Решение:

    По закону сохранения энергии:

    Q₁ = A + Q₂.

    Отсюда:

    Q₂ = Q₁ − A.

    Q₂ = 1200 − 360 = 840 Дж.

    Ответ: 840 Дж.

  4. Тепловой двигатель получает от нагревателя 1500 Дж теплоты и отдаёт холодильнику 900 Дж. Определите КПД двигателя. Ответ выразите в процентах.

    Дано:

    Q₁ = 1500 Дж

    Q₂ = 900 Дж

    Найти: η.

    Решение:

    Полезная работа двигателя:

    A = Q₁ − Q₂ = 1500 − 900 = 600 Дж.

    КПД теплового двигателя:

    η = A / Q₁ · 100%.

    η = 600 / 1500 · 100% = 40%.

    Ответ: 40%.

  5. Тепловой двигатель за один цикл получает от нагревателя 2000 Дж теплоты. Его КПД равен 25%. Определите полезную работу, совершаемую двигателем за 5 одинаковых циклов.

    Дано:

    Q₁ = 2000 Дж

    η = 25% = 0,25

    N = 5 циклов

    Найти: Aобщ.

    Решение:

    Полезная работа за один цикл:

    A = ηQ₁.

    A = 0,25 · 2000 = 500 Дж.

    За пять циклов двигатель совершит работу:

    Aобщ = NA.

    Aобщ = 5 · 500 = 2500 Дж.

    Ответ: 2500 Дж.

  6. Тепловой двигатель получает от нагревателя 2400 Дж теплоты за цикл. Температура нагревателя составляет 527 °C, а температура холодильника — 127 °C. Определите максимально возможный КПД двигателя Карно. Ответ выразите в процентах.

    Дано:

    Q₁ = 2400 Дж

    t₁ = 527 °C

    t₂ = 127 °C

    Найти: ηmax.

    Решение:

    Переведём температуры в кельвины:

    T₁ = 527 + 273 = 800 К.

    T₂ = 127 + 273 = 400 К.

    Максимальный КПД идеального двигателя Карно:

    ηmax = (T₁ − T₂) / T₁.

    ηmax = (800 − 400) / 800 = 0,5.

    В процентах:

    ηmax = 0,5 · 100% = 50%.

    Ответ: 50%.

  7. Идеальный тепловой двигатель Карно работает между нагревателем с температурой 600 К и холодильником с температурой 300 К. За цикл двигатель получает от нагревателя 1800 Дж теплоты. Определите количество теплоты, передаваемое холодильнику за один цикл.

    Дано:

    T₁ = 600 К

    T₂ = 300 К

    Q₁ = 1800 Дж

    Найти: Q₂.

    Решение:

    КПД двигателя Карно:

    η = (T₁ − T₂) / T₁.

    η = (600 − 300) / 600 = 0,5.

    Полезная работа за цикл:

    A = ηQ₁ = 0,5 · 1800 = 900 Дж.

    По закону сохранения энергии:

    Q₂ = Q₁ − A.

    Q₂ = 1800 − 900 = 900 Дж.

    Ответ: 900 Дж.

  8. Двигатель внутреннего сгорания за цикл получает от нагревателя 5000 Дж теплоты. Его реальный КПД равен 30%. Температура нагревателя составляет 727 °C, а температура холодильника — 27 °C. Определите, на сколько процентных пунктов реальный КПД меньше максимально возможного КПД двигателя Карно, работающего между этими температурами.

    Дано:

    Q₁ = 5000 Дж

    ηреал = 30% = 0,3

    t₁ = 727 °C

    t₂ = 27 °C

    Найти: Δη.

    Решение:

    Переведём температуры в кельвины:

    T₁ = 727 + 273 = 1000 К.

    T₂ = 27 + 273 = 300 К.

    Максимальный КПД двигателя Карно:

    ηmax = (T₁ − T₂) / T₁.

    ηmax = (1000 − 300) / 1000 = 0,7 = 70%.

    Разница КПД:

    Δη = ηmax − ηреал.

    Δη = 70 − 30 = 40 процентных пунктов.

    Ответ: 40%.

  9. Идеальный двигатель Карно работает между нагревателем и холодильником. Температура нагревателя равна 500 К. За цикл двигатель получает 2400 Дж теплоты и совершает работу 960 Дж. Определите температуру холодильника.

    Дано:

    T₁ = 500 К

    Q₁ = 2400 Дж

    A = 960 Дж

    Найти: T₂.

    Решение:

    Определим КПД двигателя:

    η = A / Q₁.

    η = 960 / 2400 = 0,4.

    Для двигателя Карно:

    η = (T₁ − T₂) / T₁.

    Выразим температуру холодильника:

    T₂ = T₁(1 − η).

    T₂ = 500 · (1 − 0,4) = 300 К.

    Ответ: 300 К.

  10. Два идеальных двигателя Карно работают между одинаковыми температурами нагревателя и холодильника. Первый двигатель получает от нагревателя 4000 Дж теплоты и совершает работу 1200 Дж за цикл. Второй двигатель получает от нагревателя 6000 Дж теплоты за цикл. Определите работу второго двигателя за один цикл.

    Дано:

    Q₁₁ = 4000 Дж

    A₁ = 1200 Дж

    Q₁₂ = 6000 Дж

    Найти: A₂.

    Решение:

    Так как оба двигателя Карно работают между одинаковыми температурами, их КПД одинаковы.

    Определим КПД первого двигателя:

    η = A₁ / Q₁₁.

    η = 1200 / 4000 = 0,3.

    Работа второго двигателя:

    A₂ = ηQ₁₂.

    A₂ = 0,3 · 6000 = 1800 Дж.

    Ответ: 1800 Дж.