Физика и астрономия · 8 клас · урок 1 от 3

Принцип на действие на топлинна машина. КПД

Топлинната машина превръща част от вътрешната енергия на горивото в механична работа. Всяка такава машина има нагревател, работно тяло (газ или пара), което се разширява и извършва работа, и хладилник, на който задължително отдава част от топлината. Коефициентът на полезно действие (КПД) показва каква част от получената топлина става полезна работа: η = A/Q1. Той винаги е по-малък от 100 %.

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • Части: нагревател, работно тяло, хладилник.
  • Q1 = A + Q2 (получена топлина = работа + отдадена топлина).
  • КПД: η = A/Q1 · 100 %, винаги под 100 %.
  • КПД расте при по-гореща температура на нагревателя и по-студен хладилник.
  • Топлина от горивото: Q = qm (q е топлината на изгаряне).

Пример

Двигател получава 5000 J и извършва работа 1500 J. КПД е 1500/5000 = 0,3 = 30 %, а на хладилника отдава 3500 J.

Проверете се: 20 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Кои са трите основни части на всяка топлинна машина?
    • Нагревател, работно тяло и хладилник
    • Бутало, колело и лост
    • Двигател, скорости и спирачки
    • Помпа, клапан и тръба

    Отговор: Нагревател, работно тяло и хладилник

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

  2. Какво превръщение на енергия извършва топлинната машина?
    • Превръща механична работа в топлина
    • Превръща електрическа енергия в светлина
    • Превръща вътрешна енергия (топлина) в механична работа
    • Превръща кинетична енергия в потенциална

    Отговор: Превръща вътрешна енергия (топлина) в механична работа

    Горещото работно тяло се разширява и извършва работа.

  3. Защо топлинната машина задължително отдава част от топлината на хладилник?
    • За да пести гориво
    • За да охлажда шофьора
    • Без това работното тяло не може да се върне в началното състояние и да работи циклично
    • Не е задължително

    Отговор: Без това работното тяло не може да се върне в началното състояние и да работи циклично

    За да се повтаря цикълът, работното тяло трябва да се охлади, а това става чрез отдаване на топлина.

  4. Коя е първата широко използвана топлинна машина?
    • Парната машина
    • Двигателят с вътрешно горене
    • Реактивният двигател
    • Газовата турбина

    Отговор: Парната машина

    Парната машина задвижва фабриките и локомотивите по време на индустриалната революция.

  5. Двигател получава 2000 J топлина от нагревателя и извършва работа 500 J. Колко топлина отдава на хладилника?
    • 2500 J
    • 500 J
    • 1500 J
    • 1000 J

    Отговор: 1500 J

    Q2 = Q1 − A = 2000 − 500 = 1500 J.

  6. Коя част на топлинната машина извършва работа, като се разширява?
    • Корпусът
    • Работното тяло (газ или пара)
    • Нагревателят
    • Хладилникът

    Отговор: Работното тяло (газ или пара)

    Работното тяло получава топлина, разширява се и извършва работа.

  7. Кое от изброените е топлинна машина?
    • Електромоторът
    • Парната турбина
    • Хидравличната преса
    • Велосипедът

    Отговор: Парната турбина

    Парната турбина превръща вътрешната енергия на парата в механична работа.

  8. Какво е хладилник за парната машина на стар локомотив?
    • Огънят в пещта
    • Околният въздух, в който се изпуска парата
    • Котелът
    • Колелата

    Отговор: Околният въздух, в който се изпуска парата

    Отработената пара се изпуска навън и отдава топлина на околния въздух.

  9. Какво превръщане на енергия става при изгаряне на горивото в топлинната машина?
    • Механична в химична
    • Светлинна в електрична
    • Химична енергия във вътрешна (топлина)
    • Вътрешна в химична

    Отговор: Химична енергия във вътрешна (топлина)

    При горенето химичната енергия на горивото се отделя като топлина, която после частично става работа.

  10. Топлинна машина за един цикъл получава 3 kJ топлина и отдава 2,1 kJ на хладилника. Каква работа извършва за 10 цикъла?
    • 0,9 kJ
    • 51 kJ
    • 21 kJ
    • 9 kJ

    Отговор: 9 kJ

    За един цикъл A = 3 − 2,1 = 0,9 kJ, за 10 цикъла 9 kJ.

  11. Какво показва коефициентът на полезно действие (КПД) на топлинна машина?
    • Колко гориво изгаря за час
    • Каква е мощността ѝ
    • Каква е температурата на нагревателя
    • Каква част от получената топлина става полезна работа

    Отговор: Каква част от получената топлина става полезна работа

    η = A/Q1, изразява се в части или в проценти.

  12. Двигател получава 5000 J топлина и извършва работа 1500 J. Какъв е КПД му?
    • 30 %
    • 70 %
    • 33 %
    • 3,3 %

    Отговор: 30 %

    η = 1500 : 5000 = 0,3 = 30 %.

  13. Двигател с КПД 25 % извършва работа 800 J. Колко топлина получава от нагревателя?
    • 3200 J
    • 200 J
    • 1000 J
    • 3000 J

    Отговор: 3200 J

    Q1 = A/η = 800 : 0,25 = 3200 J.

  14. Кой двигател обикновено има по-голям КПД?
    • Бензиновият
    • Дизеловият
    • Имат еднакъв КПД
    • Парната машина

    Отговор: Дизеловият

    Дизеловият двигател работи с по-голямо сгъстяване и по-висока температура и има КПД около 35-40 %, а бензиновият около 25-30 %.

  15. Двигател с КПД 30 % изгаря 1 kg бензин, при което се отделя топлина 46 MJ. Колко е полезната работа?
    • 13,8 MJ
    • 32,2 MJ
    • 15,3 MJ
    • 4,6 MJ

    Отговор: 13,8 MJ

    A = ηQ = 0,3·46 = 13,8 MJ.

  16. В какво обикновено се изразява КПД?
    • В джаули
    • В проценти
    • Във ватове
    • В келвини

    Отговор: В проценти

    КПД е отношение на две енергии, затова е безразмерен и се дава в проценти.

  17. Двигател извършва работа 300 J и отдава 700 J на хладилника. Какъв е КПД му?
    • 23 %
    • 70 %
    • 43 %
    • 30 %

    Отговор: 30 %

    Q1 = 300 + 700 = 1000 J, η = 300 : 1000 = 30 %.

  18. Какво означава, че двигател има КПД 35 %?
    • 35 % от топлината на горивото става полезна работа
    • 35 % от топлината се отдава на хладилника
    • Двигателят работи 35 % от времето
    • Двигателят изгаря 35 % от горивото

    Отговор: 35 % от топлината на горивото става полезна работа

    КПД е отношението на полезната работа към получената топлина.

  19. Как може да се увеличи КПД на топлинната машина?
    • С по-бавна работа
    • С по-малко гориво
    • С по-висока температура на хладилника
    • С по-висока температура на нагревателя и по-ниска на хладилника

    Отговор: С по-висока температура на нагревателя и по-ниска на хладилника

    Колкото по-голяма е разликата в температурите на нагревателя и хладилника, толкова по-голям може да е КПД.

  20. Двигател с КПД 25 % извършва полезна работа 23 MJ. Колко kg бензин изгаря? (q = 46 MJ/kg)
    • 0,5 kg
    • 4 kg
    • 1 kg
    • 2 kg

    Отговор: 2 kg

    Q = A/η = 23 : 0,25 = 92 MJ, m = 92 : 46 = 2 kg.