Задачи › Тепловые двигатели, КПД, цикл Карно

Цикл Карно с теплопроводным холодильником

  1. Цикл Карно с теплопроводным холодильником

    ВсОШ 1995/96, 10 кл.
    8/10

    Рабочее вещество тепловой машины совершает цикл Карно (рис. 33.10) между изотермами \(T\) и \(T_1\) (\(T_1 > T\)). Холодильником является резервуар, температура которого постоянна и равна \(T_2 = 200\) К (\(T_2 < T\)). Теплообмен между рабочим веществом и холодильником осуществляется посредством теплопроводности. Количество теплоты, отдаваемое в единицу времени холодильнику, \(q = a(T - T_2)\), где \(a = 1\) кВт/К. Теплообмен рабочего вещества с нагревателем происходит непосредственно при \(T_1 = 800\) К. Полагая, что продолжительность изотермических процессов одинакова, а адиабатических весьма мала, найдите температуру «холодной» изотермы \(T\), при которой мощность \(N\) тепловой машины наибольшая. Определите наибольшую мощность тепловой машины.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(T = \sqrt{T_1T_2} = 400\) К; \(N_{\max} = 100\) кВт.

    Решение

    За время \(\tau\) холодильник получает количество теплоты, равное \(Q_x = a(T - T_2)\tau\). Коэффициент полезного действия цикла Карно \[\eta = \dfrac{Q_H - Q_x}{Q_H} = \dfrac{T_1 - T}{T_1}.\] Полезная работа тепловой машины равна \[A = Q_H - Q_x = Q_H\left(1 - \dfrac{T}{T_1}\right) = Q_x\dfrac{T_1}{T}\left(1 - \dfrac{T}{T_1}\right) = a(T - T_2)\tau\left(\dfrac{T_1}{T} - 1\right).\] Мощность тепловой машины \[N = \dfrac{A}{2\tau} = \dfrac{a}{2}\left(T_1 - \dfrac{T_2T_1}{T} - T + T_2\right).\] Эта величина достигает максимума при \(T = \sqrt{T_1T_2} = 400\) К. Выполнив вычисления, в этом случае получим \(N_{\max} = 100\) кВт.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи