КПД цикла с дугой окружности
5/10С идеальным одноатомным газом совершают циклический процесс \(1-2-3-1\). На рисунке представлена зависимость \(y = P/P_0\) от \(x = V/V_0\), здесь \(P\) и \(V\) — давление и объём газа, \(P_0\) и \(V_0\) — некоторые давление и объём газа. Координаты состояний \(1,3\) процесса: \(x_1 = 2{,}5\), \(x_3 = 6\). Зависимость \(y(x)\) в процессе \(2-3\) — дуга окружности с центром в начале координат и радиусом \(6{,}5\). Найдите КПД цикла. Ответ приведите в \(\%\) с округлением до целого числа.

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаКПД равен отношению работы за цикл к подведённой теплоте. Подведённая теплота складывается из изменения внутренней энергии на участке \(1\to C\) и работы на участке \(2\to C\), где \(C\) — точка на дуге, в которой теплоёмкость процесса обращается в ноль.
РешениеКоордината точки \(C\) на дуге \(2-3\), после которой теплота отводится от газа, определяется из выражения для молярной теплоёмкости одноатомного газа в процессе \(y(x)\) и условия \(C = 0\) в точке касания адиабаты: \(x_C = r\sqrt{5/8}\), где \(r\) — радиус дуги. КПД цикла \[\eta = \frac{A_{\text{ц}}}{Q_{\text{н}}}, \qquad Q_{\text{н}} = \Delta U_{1C} + A_{2C},\] где \(A_{\text{ц}}\) — работа газа за цикл, пропорциональная площади фигуры на графике, \(\Delta U_{1C} = \frac{3}{2}\left(y_C x_C - y_1 x_1\right)\) — приращение внутренней энергии при переходе из состояния \(1\) в состояние \(C\) (в единицах \(P_0V_0\nu\)), \(A_{2C}\) — работа газа на участке \(2\to C\), пропорциональная площади криволинейной трапеции под участком дуги.
Похожие задачи
- Охлаждение двигателя подлодки Курчатов 2015/16, 8 кл.
- Цикл Карно: изменение КПД Курчатов 2016/17, 11 кл.
- Цикл газа и его КПД МОШ 2016/17, 11 кл.
- Грузоподъёмность лифта «Шаг в будущее» 2018/19, 8 кл.
- Тепловоз с идеальным двигателем «Шаг в будущее» 2018/19, 8 кл.
- Тепловая машина во льдах «Газпром» 2022/23, 9 кл.