ТърсиУченик? Влез с код30 дни безплатноБезплатно
Класове
Начален етап
Прогимназиален етап
Гимназиален етап
Всички игриНВО и матуриЦениСтатииВидеоЗа родителиЗа училищаВход за учителиУченик? Влез с код
Физика и астрономия · 12 клас · урок 4 от 12

Топлинни машини

Топлинната машина превръща част от топлината в механична работа чрез циклично повтарящ се процес. Тя има нагревател, работно тяло (газ или пара) и охладител, на който задължително отдава част от топлината. Коефициентът на полезно действие показва каква част от получената топлина става работа. Максималният възможен КПД зависи само от температурите на нагревателя и охладителя (цикъл на Карно).

Играйте само този урок:Вярно или невярноТаблоБомбаНадбягванеОтборен тест А/Б/В/ГГорещ стол

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • КПД: η = A/Q1 = (Q1 − Q2)/Q1.
  • Цикъл на Карно: ηmax = (T1 − T2)/T1.
  • Винаги η < 100%, защото част от топлината отива в охладителя.
  • Примери: двигател с вътрешно горене, парна турбина, реактивен двигател.
  • Хладилникът е обърната топлинна машина: пренася топлина от студеното към топлото с външна работа.

Пример

Нагревател при 500 K и охладител при 300 K: ηmax = (500 − 300)/500 = 40%.

Проверете се: 15 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Топлинна машина получава от нагревателя 1000 J и отдава на охладителя 700 J за цикъл. Какъв е КПД ѝ?
    • 30%
    • 70%
    • 43%
    • 3%

    Отговор: 30%

    η = (Q1 − Q2)/Q1 = 300/1000 = 30%.

  2. Възможна ли е топлинна машина, която превръща в работа цялата топлина, получена от нагревателя?
    • Да, при идеален газ
    • Да, при много висока температура
    • Не, противоречи на втория принцип
    • Не, противоречи на закона за запазване на масата

    Отговор: Не, противоречи на втория принцип

    Такъв вечен двигател от втори род е невъзможен: част от топлината винаги се отдава на охладителя.

  3. Какъв е максималният възможен КПД на топлинна машина с нагревател при 600 K и охладител при 300 K?
    • 50%
    • 100%
    • 33%
    • 67%

    Отговор: 50%

    η = 1 − T2/T1 = 1 − 300/600 = 0,5.

  4. Каква е ролята на охладителя в топлинната машина?
    • Получава частта от топлината, която не се превръща в работа
    • Дава топлина на работното тяло
    • Извършва работа върху буталото
    • Увеличава налягането на горивото

    Отговор: Получава частта от топлината, която не се превръща в работа

    Без отдаване на топлина на охладителя цикълът не може да се затвори (втори принцип).

  5. Двигател с КПД 25% извършва полезна работа 500 J за цикъл. Колко топлина получава от нагревателя за цикъл?
    • 125 J
    • 625 J
    • 2000 J
    • 1500 J

    Отговор: 2000 J

    Q1 = A/η = 500/0,25 = 2000 J.

  6. От какви основни части се състои всяка топлинна машина?
    • Нагревател, работно тяло, охладител
    • Генератор, трансформатор, проводник
    • Батерия, ключ, консуматор
    • Котел, помпа, вентилатор

    Отговор: Нагревател, работно тяло, охладител

    Работното тяло получава топлина от нагревателя, извършва работа и отдава част от топлината на охладителя.

  7. Кое е работното тяло в парната турбина?
    • Въглищата
    • Лопатките
    • Охладителната вода
    • Водната пара

    Отговор: Водната пара

    Нагрятата пара се разширява, върти лопатките и извършва работа.

  8. Кой от изброените двигатели е топлинен?
    • Електродвигател
    • Трансформатор
    • Двигател с вътрешно горене
    • Генератор

    Отговор: Двигател с вътрешно горене

    В двигателя с вътрешно горене топлината от горенето на горивото става механична работа.

  9. Какво показва коефициентът на полезно действие на топлинна машина?
    • Колко бързо работи машината
    • Дял на топлината, станал работа
    • Температурата на нагревателя
    • Масата на горивото

    Отговор: Дял на топлината, станал работа

    η = A/Q1 показва каква част от получената топлина се превръща в работа.

  10. Кое устройство е обърната топлинна машина?
    • Хладилникът
    • Парната турбина
    • Ютията
    • Електрическата крушка

    Отговор: Хладилникът

    Хладилникът пренася топлина от студеното към топлото тяло, като за това се извършва външна работа.

  11. Как се изменя максималният възможен КПД, ако температурата на охладителя се понижи при същия нагревател?
    • Намалява
    • Не се изменя
    • Става 100%
    • Нараства

    Отговор: Нараства

    ηmax = (T1 − T2)/T1; по-малко T2 дава по-голям КПД.

  12. Топлинна машина с КПД 40% получава от нагревателя 2000 J за цикъл. Колко топлина отдава на охладителя?
    • 800 J
    • 2000 J
    • 1200 J
    • 1600 J

    Отговор: 1200 J

    A = 0,4·2000 = 800 J; Q2 = Q1 − A = 1200 J.

  13. Охладителят на идеална топлинна машина е при 27 °C, а КПД ѝ е 25%. Каква е температурата на нагревателя?
    • 375 K
    • 400 K
    • 1200 K
    • 36 °C

    Отговор: 400 K

    T2/T1 = 1 − η = 0,75, T1 = 300/0,75 = 400 K.

  14. Двигател с полезна мощност 20 kW има КПД 25%. Колко топлина получава от горивото за 1 min?
    • 4,8 MJ
    • 1,2 MJ
    • 0,3 MJ
    • 80 kJ

    Отговор: 4,8 MJ

    A = Pt = 20 000·60 = 1,2 MJ; Q1 = A/η = 4,8 MJ.

  15. Реална топлинна машина работи между 800 K и 400 K и има КПД 30%. Колко процента е това от максимално възможния КПД?
    • 30%
    • 80%
    • 50%
    • 60%

    Отговор: 60%

    ηmax = (800 − 400)/800 = 50%; 30/50 = 0,6, т.е. 60%.