Chương 8 ôn tập kiểm tra vật lý 10 chủ đề 27 động cơ nhiệt và máy lạnh, nguyên lý 2 của nhiệt động lực học

Muốn nâng cao hiệu suất động cơ nhiệt phải nâng cao nhiệt độ T1 của nguồn nóng và hạ thấp nhiệt độ T2 của nguồn lạnh.. Hướng dẫn a Khái niệm: Máy làm lạnh là thiết bị dùng để lấy nhiệt t

CHỦ ĐỀ 27

ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ MÁY LẠNH

NGUYÊN LÝ II CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

A PHẦN LÍ THUYẾT

1 Trình bày động cơ nhiệt về các mặt:

a) Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động

b) Hiệu suất

Hướng dẫn

a) Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động:

Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt thành công

Mỗi động cơ nhệt có ba bộ phận cấu thành cơ bản sau:

- Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tăng nhiệt độ

- Bộ phận phát động trong đó tác nhân giãn nở sinh công

- Nguồn lạnh để nhận nhiệt lượng do tác nhân để tác nhân giảm nhiệt độ

b) Hiệu suất của động cơ nhiệt:

Công thức: 1 2

    %

Hiệu suất của động cơ nhiệt bao giờ cũng nhỏ hơn 100% (n < 1)

Muốn nâng cao hiệu suất động cơ nhiệt phải nâng cao nhiệt độ T1 của nguồn nóng và hạ thấp nhiệt độ T2 của nguồn lạnh

2 Trình bày máy làm lạnh về các mặt:

a) Khái niệm

b) Hiệu năng

Hướng dẫn

a) Khái niệm: Máy làm lạnh là thiết bị dùng để lấy nhiệt từ một vật này truyền sang vật khác nóng hơn nhờ nhận công từ các vật ngoài

b) Hiệu năng của máy lạnh: căn cứ vào mục đích sử dụng của máy lạnh thì một máy lạnh càng tốt nếu với cùng một công tiêu thụ A nó lấy được càng nhiều nhiệt lượng Q2 từ nguồn lạnh Hiệu năng của máy lạnh

bằng tỉ số giữa Q2 và A: Q2

A

  Với Q1Q2A nên: 2

1 2

Q

Q Q

 



3 Nêu các cách phát biểu nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học

Hướng dẫn

Có nhiều cách phát biểu nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học, sau đây là hai cáh phát biểu thường dùng:

* Cách phát biểu của Clau-di-út: nhiệt không thể tự nó truyền từ một vật sang vật nóng hơn

* Cách phát biểu của Các-nô: không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại hai (hoặc động cơ nhiệt không thể biến đổi toàn bộ nhiệt lượng nhận được thành công cơ học)

4 Viết biểu thức hiệu suất cực đại của máy nhiệt Làm thế nào để nâng cao hiệu suất của động cơ nhiệt?

Hướng dẫn

Ta gọi chung động cơ nhiệt và máy lạnh là máy nhiệt Gọi T1 và T2 là nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh

Các-nô đã chứng minh được hiệu suất cực đại: 1 2

max

1

T T T

  

Muốn nâng cao hiệu suất động cơ nhiệt phải nâng cao nhiệt độ T1 của nguồn nóng và hạ thấp nhiệt độ T2

của nguồn lạnh

Chú ý: Hiệu năng cực đại của máy lạnh: 2

max

1 2

T

T T

 



1 Một động cơ nhiệt làm việc sau một thời gian thì tác nhân đã nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 2,5.106J, truyền cho nguồn lạnh nhiệt lượng 1,8.106J Hãy tính hiệu suất thực của động cơ nhiệt ày và so sánh nó với hiệu suất cực đại nếu nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh lần lượt là 287 C và 47 C

2 Để giữ nhiệt độ trong phòng ở một nhiệt độ ổn định, người ta dùng một máy lạnh (trong trường hợp này

nười ta gọi nó là máy điều hòa không khí) mỗi giờ tiêu thụ một công bằng 4,8.106

J Tính nhiệt lượng lấy

đi từ không khí trong phòng trong mỗi giờ, biết rằng hiệu năng của máy lạnh là  3, 2

3 Một máy lạnh có hiệu năng cực đại hoạt động giữa nguồn lạnh ở nhiệt độ là  7 C và nguồn nóng ở nhiệt độ là 47 C Nếu máy được cung cấp công từ một động cơ điện có công suất 80W thì mỗi giờ máy

lạnh có thể lấy đi từ nguồn lạnh một nhiệt lượng là bao nhiêu? Biết rằng máy chỉ cần làm việc 1

3 thời gian nhờ cơ chế điều nhiệt trong máy lạnh

4 Một máy hơi nước có công suất 28kW, nhiệt độ nguồn nóng là t1 227C, nguồn lạnh là t2  57 C Biết hiệu suất của động cơ này bằng 2/3 lần hiệu suất lý tưởng ứng với 2 nhiệt độ trên Tính lượng than tiêu thụ trong thời gian 5 giờ, biết năng suất tỏa nhiệt của than là q = 34.106J

5 Một động cơ nhiệt lý tưởng hoạt động với nhiệt độ nguồn nóng là 227 C và nguồn lạnh là 27 C a) Tính hiệu suất động cơ

b) Biết động cơ có công suất 30kW Hỏi trong 6 giờ liền nó đã tỏa ra ho nguồn lạnh một nhiệt lượng bằng với nhiệt lượng của bao nhiêu kg xăng khi cháy hoàn toàn, biết năng suất tỏa nhiệt của xăng là q = 4,4.107J/kg

C HƯỚNG DẪN VÀ ĐÁP SỐ

1 Hiệu suất thực:

1 2

6 1

2,5.10 1,8.10

0, 28 28 2,5.10

Q Q Q

Hiệu suất cực đại: 1 2

max

1

(273 287) (273 47)

0, 42 42

273 287

T T T

So sánh:   max và max 0, 42

1,5

0, 28



   lần

2 Hiệu năng của máy lạnh ồ Q2

A

 Nhiệt lượng lấy từ không khí trong phòng trong mỗi giờ:

2 3, 2.4,8.10 1,54.10

3 Dùng công thức 2

max

1 2

T

T T

 

 ta tính được max

270

5, 4

320 270

Vì theo định nghĩa thì Q2

A

  , ta suy ra Q2 .A

Do động cơ điệ chỉ cần làm việc 1

3thời gian nên mỗi giờ động cơ điện cung cấp một công là:

A = P.t = 80.1200 = 96000J

Từ đó ta tính được: Q2 = 5,4.96000 = 518400J

4 Hiệu suất lý tưởng: 2

max

1

(273 57)

(273 227)

T H

T



Hiệu suất động cơ: 2 max 2.0,34 0, 23

Mặt khác:

4

9 1

1 1

2,8.10 4.3600

12, 6.10

0, 23

A P t P t

Lượng than cần dùng:

9 1

6

12, 6.10

370 34.10

Q

q

5 a) Hiệu suất động cơ nhiệt lý tưởng:

2

1

300

500

T

T

b) Công thực hiện trong 6h: A = N.t = 3.104.6.3600 = 64,8.107J

7

* Nhiệt lượng tỏa ra cho nguồn lạnh:

2 1 16, 2.10 6, 48.10 9, 72.10

* Khối lượng xăng cần dùng:

8 2

7

9, 72.10

22,1

4, 4.10

Q

q