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.
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.
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.
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.
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%.
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.
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%.
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.
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%.
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.
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.