Silniki i chłodziarki

1.

Silnik Carnota w każdym cyklu pobiera z grzejnika 52 kJ energii w postaci ciepła i oddaje

do chłodnicy 36 kJ energii w postaci ciepła. Oblicz:
a)

sprawność silnika,

b)

pracę jaką wykonuje on podczas cyklu.

2.

Silnik Carnota współpracujący ze zbiornikami cieplnymi o temperaturach 235 i 115°C, w

trakcie jednego cyklu pobiera z grzejnika 6,3*10

4

J energii w postaci ciepła.

a)

ile wynosi sprawność silnika?

b)

jaką pracę może w jednym cyklu wykonać ten silnik?

3.

W hipotetycznym reaktorze termojądrowym paliwem jest gazowy deuter o temperaturze

około 7*10

8

K. Załóżmy, że taki gaz można by wykorzystać w silniku Carnota o temperaturze

chłodnicy Tz=100 st. C. Ile wynosiłaby sprawność takiego silnika?
4.

Pierwszy stopień dwustopniowego silnika Carnota pobiera z grzejnika o temperaturze T

1

energię w postaci ciepła Q

1

, wykonuje pracę W

1

i oddaje do chłodnicy o temperaturze T

2

energię w

postaci ciepła Q

2

. Drugi stopień pobiera energię Q

2

, wykonuje pracę W

2

i oddaje do chłodnicy o

jeszcze niższej temperaturze T

3

energię Q

3

. Udowodnij, że sprawność dwustopniowego silnika jest

równa (T

1

-T

3

)/T

1

.

5.

Trzy silniki Carnota współpracują ze zbiornikami cieplnymi o temperaturach: a) 400 i 500 K, b)

600 i 800 K, c) 400 i 600 K. Uszereguj te silniki według ich sprawności, zaczynając od największej
wartości.
6.

Silnik Carnota pracuje ze zbiornikami ciepła o temperaturach T

1

=850 K i T

2

=300 K. W każdym

cyklu, który trwa 0,25 s, silnik wykonuje pracę równą 1200 J.
a)

Ile wynosi sprawność tego silnika?

b)

Ile wynosi średnia moc tego silnika?

c)

Ile ciepła Q

1

jest pobierane w każdym cyklu ze zbiornika o wyższej temperaturze?

d)

Jaka energia Q

2

jest odprowadzana w każdym cyklu do zbiornika o niższej temperaturze?

e)

Ile wynosi zmiana entropii substancji roboczej związana z pobraniem przez nią energii w

postaci ciepła ze zbiornika o wyższej temperaturze? Ile wynosi zmiana entropii wynikająca z
oddania energii w postaci ciepła do zbiornika o niższej temperaturze?
7.

Chłodziarka Carnota wymaga 200 J pracy, aby pobrać 600 J ciepła z komory chłodzenia.

a)

Ile wynosi współczynnik wydajności chłodziarki?

b)

Ile energii w postaci ciepła jest odprowadzane do kuchni w jednym cyklu?

8.

Pompa cieplna służy do ogrzewania budynku. Na zewnątrz jest -5°C, a wewnątrz należy

utrzymywać temperaturę 22°C. Pompa w ciągu każdej godziny dostarcza do budynku 7,54 MJ
energii w postaci ciepła, a jej współczynnik wydajności jest równy 3,8. Przyjmijmy, że pompa
pracuje w odwrotnym cyklu Carnota. Z jaką szybkością trzeba wykonywać pracę nad pompą?
9.

Silnik elektryczny napędza pompę cieplną, która przekazuje ciepło z zewnątrz budynku, gdzie

panuje temperatura -5°C, do pomieszczenia, w którym jest 17°C. Załóż, że pompa cieplna jest
pompą cieplną Carnota (pracuje w cyklu odwrotnym Carnota). Ile dżuli ciepła doprowadzonego do
pokoju przypada na każdy dżul zużytej energii elektrycznej?

Osoby zaznaczone na zielone proszę o uzgodnienie między sobą i podzielenie następującymi
tematami wystąpień (10-15 min):
1.

Silnik Carnota

2.

Silnik Stirlinga

3.

Chłodziarki

4.

Pompy cieplne