65

Zadanie 3.16

Doskonale izolowany cieplnie zbiornik o objętości 0,i m³ przedzielony jest na dwie części przegrodą przewodzącą ciepło. W części pierwszej stanowiącej 1/3 objętości zbiornika znajduje się azot pod ciśnieniem 0,2 MPa i w temperaturze 300 K, zaś w drugiej części ten sam gaz o ciśnieniu 0,1 MPa. Obliczyć zmianę entropii układu po usunięciu przegrody.

Odpowiedź: 2,73 J/K.

Zadanie 3.17

Ciało o masie m, cieple właściwym c i początkowej temperaturze Tj zostało użyte jako górne źródło ciepła silnika odwracalnego, dla którego dolnym źródłem ciepła jest termostat o stałej temperaturze T₂. Obliczyć maksymalną pracę, jaką wykona silnik do momentu wyrównania się temperatur obu źródeł. Obliczenia przeprowadzić dla m = 100 kg i c_p = 4,19 kJ*kg^-1-KT^l; T_t = 373 K; T₂ = 273 K.

Odpowiedź: 6,2 MJ.

Zadanie 3.18

Odwracalny silnik ciepła pobiera energię od kolektora słonecznego w stałej temperaturze 80°C i oddaje do otoczenia o stałej temperaturze 25°C. Kolektor zamienia 50% energii promieniowania słonecznego na ciepło pobierane ze źródła górnego. Ilość energii słonecznej odbieranej z I m² powierzchni kolektora w ciągu jednej sekundy wynosi 0,2 kJ. Jaka powinna być powierzchnia kolektora, by uzyskać moc cieplną silnika równą 5 kW?

Odpowiedź: 321,045 m².

Zadanie 3.19

Odwracalny silnik cieplny pobiera ciepło ze zbiornika zawiurającego 2 kg wody o temperaturze początkowej 95°C i oddaje ciepło do zbiornika zawierającego w chwili początkowej 4 kg lodu (H₂0) o temperaturze -2°C. Oba zbiorniki utrzymują stałe ciśnienie i mogą wymieniać ciepło tylko z silnikiem. Ciepło topnienia lodu wynosi 335 kJ/kg, dla lodu c_p jest dwa razy mniejsze niż dla wody. Jaką maksymalną pracę może wykonać silnik?

Odpowiedź: 113,3 kJ.

Zadanie 3.20

Na jaką wysokość uniesie ciężar o masie 500 kg silnik Carnota, jeśli pobiera 0,5 MJ ciepła przy stałej temperaturze 700 K i oddaje ciepło do otoczenia o stałej temperaturze 400 K? O ile zmniejszy się ta wysokość, jeśli ciężar będzie podnoszony przez silnik rzeczywisty pobierający i oddający ciepło w tych samych warunkach? Sprawność silnika rzeczywistego jest o 10% mniejsza od sprawności obiegu Carnota.

Odpowiedź: 43,69 m; o 10,194 m.

65