Задание 12 ЕГЭ по физике 2023

Задание относится к базовому уровню сложности. За правильное выполнение получишь 2 балла.

На решение примерно отводится 3—5 минут.

Для выполнения задания 12 по физике необходимо знать:

• физ.величины и понимание физ.явлений, изучаемых в кинематике и динамике.
• темы термодинамики
• 2 закона термодинамики.
• Тепловое равновесие.

Could not load xLike class!

Тем­пе­ра­ту­ру хо­ло­диль­ни­ка теп­ло­вой ма­ши­ны Карно по­ни­зи­ли, оста­вив тем­пе­ра­ту­ру на­гре­ва­те­ля преж­ней. Ко­ли­че­ство теп­ло­ты, по­лу­чен­ное газом от на­гре­ва­те­ля за цикл, не из­ме­ни­лось. Как из­ме­ни­лись при этом КПД теп­ло­вой ма­ши­ны и ра­бо­та газа за цикл?

Для каж­дой ве­ли­чи­ны опре­де­ли­те со­от­вет­ству­ю­щий ха­рак­тер её из­ме­не­ния:

1. уве­ли­чи­лась
2. умень­ши­лась
3. не из­ме­ни­лась

За­пи­ши­те в таб­ли­цу вы­бран­ные цифры для каж­дой фи­зи­че­ской ве­ли­чи­ны. Цифры в от­ве­те могут по­вто­рять­ся.

Обсуждение

Газ находится в закрытом крышкой сосуде. Его начинают нагревать. Как при этом будут изменяться давление газа и его плотность?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1. увеличится
2. уменьшится
3. не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Обсуждение

Ученик проводил эксперимент, связанный с испарением жидкости. Для этого он обернул шарик термометра кусочком ваты и начал капать на вату воду. Как изменялись внутренняя энергия и температура воды на ватке в процессе испарения? Относительная влажность окружающего воздуха меньше 100%.

Для каждой величины определите соответствующий характер ее изменения:

1. не изменялась
2. увеличивалась
3. уменьшалась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Обсуждение

Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояния 2 без изменения массы, как показано на рисунке. Как изменится его внутренняя энергия и температура в этом процессе?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 

1. увеличится
2. уменьшится
3. не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Обсуждение

Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 без изменения массы, как показано на рисунке. Как изменится его внутренняя энергия и температура в этом процессе?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1. увеличится
2. уменьшится
3. не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Обсуждение

Начать

Задачи с решениями 6 — Термодинамика — ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ. ОТРАБОТКА ТЕМАТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА — ЕГЭ 2018. Тренажёр: Физика. — ЕГЭ 2018 — Справочное издание

Термодинамика

Задачи с решениями

1. График циклического процесса, проведенного с одним молем одноатомного идеального газа, показан на рисунке.

Установите соответствие между участками цикла и изменениями физических величин на этих участках ( — изменение внутренней энергии газа, — изменение давления газа). К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Ответ:

Решение. На участке DA температура газа не изменяется, следовательно, 

Согласно закону Бойля-Мариотта . Так как на этом участке объем газа увеличивается, то давление — уменьшается . Для позиции А) верный ответ — 2. На участке АВ давление газа не изменяется , поскольку в этом процессе объем пропорционален температуре. Температура газа растет, следовательно, . Для позиции Б) верный ответ — 3.

Ответ:

2. Процесс изменения состояния идеального одноатомного газа представлен на Т—V-диаграмме. Газ совершает работу, равную 1 кДж. Чему равно количество теплоты, полученное газом?

Ответ:_________________кДж.

Решение. В соответствии с первым началом термодинамики , где Q — количество

теплоты, полученное газом, А — работа, совершенная газом,  — изменение внутренней энергии газа. Рассматриваемый процесс является изотермическим, следовательно, внутренняя энергия газа не изменяется: . В этом случае количество теплоты, полученное газом, равно работе, которую газ совершил: 

Ответ: 1 кДж.

3. Гелий массой= 0,08 кг нагрели на = 50 К при постоянном давлении. Какую работу он совершил в этом процессе?

Ответ:__________________кДж.

Решение. Работа газа при постоянном давлении  равна . Согласно уравнению Клапейрона-Менделеева с учетом постоянства давления: , где  — изменение объема газа, — молярная масса газа, — универсальная газовая постоянная. Отсюда 

Подставив численные значения с учетом молярной массы гелия кг/моль, получим А =8,31 кДж.

Ответ: 8,31 кДж.

4. Давление идеального газа в зависимости от его объема при переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3 менялось, как показано на рисунке. Каково отношение работ газа на этих двух отрезках ?

Ответ:_________________.

Решение. Работа газа — площадь под графиком зависимости . Обозначим площадь квадратной ячейки, образованной сеткой на диаграмме, как S. На участке 1-2 работаравна площади прямоугольника: . На участке 2—3 работа  равна площади трапеции:

. Тогда отношение работ  

Ответ: 1,6.

5. Одноатомный идеальный газ в количестве 0,25 моль при адиабатном расширении совершил работу 2493 Дж. До какой температуры охладился газ, если его начальная температура была 1000 К?

Ответ:________________К.

Решение. Для адиабатического процесса согласно первому началу термодинамики:  где А — работа газа, — изменение внутренней энергии газа. Для одноатомного газа 9

Тогда . Таким образом, конечная температура равна 200 К.

Ответ: 200 К.

6. За цикл работы тепловая машина с КПД 60% получает от нагревателя количество теплоты 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

Ответ:_________________Дж.

Решение. Коэффициент полезного действия тепловой машины равен , где А — работа газа за цикл, — количество теплоты, полученное газом за цикл. Отсюда 

Ответ: 60 Дж.

7. У идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, температура нагревателя 600 К, а температура холодильника 300 К. Рабочее тело получает за цикл работы от нагревателя количество теплоты, равное 30 кДж. Какую работу совершает за один цикл этот двигатель?

Ответ:__________________кДж.

Решение. Коэффициент полезного действия теплового двигателя равен , где А — работа газа за цикл, — количество теплоты, полученное газом за цикл. Если двигатель работает по циклу Карно, то , где Г_х — температура холодильника, Т_и — температура нагревателя. Отсюда  

Ответ: 15 кДж.

8. Температуру холодильника тепловой машины Карно понизили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и количество теплоты, отданное холодильнику за цикл?

Для каждой величины определите соответствующий характер ее изменения:

1) увеличилась

2) уменьшилась

3) не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Решение. Коэффициент полезного действия теплового двигателя равен , где — количество теплоты, переданное газом холодильнику за цикл, — количество теплоты, полученное газом за цикл от нагревателя. Коэффициент полезного действия теплового

двигателя, работающего по циклу Карно, то , где — температура холодильника, — температура нагревателя. Приравнивая друг другу выражения для коэффициента полезного действия, получим . Поскольку количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, и температура нагревателя не изменились, а температура холодильника понизилась, количество теплоты, отданное холодильнику за цикл, уменьшилось. Уменьшение  при неизменном  приведет к увеличению коэффициента полезного действия теплового двигателя.



Предыдущая

Страница

Следующая

Страница

Второй закон термодинамики (обновлено 05.07.2014)

Глава 5: Второй закон термодинамики (обновлено 05.07.2014)

В этой главе мы рассмотрим более абстрактный подход
нагревать циклы двигателя, холодильника и теплового насоса, пытаясь
определить, выполнимы ли они, и получить предельный максимум
производительность, доступная для этих циклов. Понятие механического и
термообратимость занимает центральное место в анализе, что приводит к
идеальные циклы Карно. (См. Википедию: Сади
Карно французский физик, математик
и инженер, который первым успешно описал тепловые двигатели,
цикл Карно и заложил основы второго закона
термодинамика). Для получения дополнительной информации об этом
тему, см. документ: A
Встреча Роберта Стирлинга и Сади Карно в 1824 году
представлен на выставке 2014
МЭК .

Мы представляем тепловой двигатель и цикл теплового насоса в
минималистский абстрактный формат, как на следующих диаграммах. В обоих
корпусов два температурных резервуара Т _Н и
Т _Л , с Т _Х >
Т _Л .

В случае теплового двигателя тепло Q _H извлекается из высокотемпературного источника T _H ,
часть этого тепла превращается в работу W, совершаемую над окружающей средой,
а остальное отбрасывается в низкотемпературную мойку T _L .
Обратное происходит для теплового насоса, в котором работа W совершается на
система для извлечения тепла Q _L из
низкотемпературный источник Т _Л и
«закачать» его в высокотемпературную раковину T _H .
Обратите внимание, что толщина линии представляет собой количество тепла.
или переданная рабочая энергия.

Теперь мы представляем два утверждения второго закона
Термодинамика, первая о тепловой машине, а вторая
по поводу теплового насоса. Ни одно из этих утверждений не может быть доказано,
однако ни разу не было замечено, чтобы они нарушались.

Заявление Кельвина-Планка: Оно
невозможно построить устройство, работающее по циклу и
не производит никакого другого эффекта, кроме передачи тепла от одного тела
для того, чтобы произвести работу.

Мы предпочитаем менее формальное описание этого оператора
с точки зрения лодки, извлекающей тепло из океана для производства
его требуемая двигательная работа:

Заявление Клаузиуса: Оно
невозможно построить устройство, работающее по циклу и
не производит никакого другого эффекта, кроме передачи тепла от более холодного тела
к более горячему телу.

Эквивалентность Клаузиуса и Кельвина-Планка
Выписки

Примечательно, что два вышеуказанных утверждения
Второй закон фактически эквивалентен. Для демонстрации своих
эквивалентности рассмотрим следующую диаграмму. Слева мы видим тепло
насос, который нарушает утверждение Клаузиуса, перекачивая теплоту Q _L из низкотемпературного резервуара в высокотемпературный
температурный резервуар без каких-либо затрат труда. Справа мы видим
тепловой двигатель, отводящий тепло Q _L в
низкотемпературный резервуар.

Если мы теперь соединим два устройства, как показано ниже, то
что теплота, отводимая тепловой машиной Q _L , равна
просто закачивается обратно в высокотемпературный резервуар, тогда
отсутствие необходимости в низкотемпературном резервуаре, что приводит к
двигатель, который нарушает утверждение Кельвина-Планка, отбирая тепло
от одного источника тепла и преобразования его непосредственно в работу.

Механическая и термическая обратимость

Обратите внимание, что утверждения о втором законе
отрицательные утверждения в том, что они описывают только то, что невозможно
достигать. Чтобы определить максимальную производительность, доступную от
тепловая машина или тепловой насос нам необходимо ввести понятие
Реверсивность ,
включая механическую и термическую обратимость. мы попробуем
пояснить эти понятия на следующем примере
реверсивный поршневой цилиндр, находящийся в тепловом равновесии с
окружающей среды при температуре T ₀ и
подвергается циклическому процессу сжатия/расширения.

Для механической обратимости мы предполагаем, что
процесс без трения, однако мы также требуем, чтобы процесс
квазиравновесный. На диаграмме мы видим, что во время
при сжатии частицы газа, находящиеся ближе всего к поршню, будут
более высокое давление, чем те, которые находятся дальше, поэтому поршень будет
делать больше работы по сжатию, чем если бы мы ждали
условия равновесия, возникающие после каждого дополнительного шага.
Точно так же термическая обратимость требует, чтобы вся теплопередача
изотермический. Таким образом, если происходит постепенное повышение температуры из-за
к сжатию, то нужно дождаться установления теплового равновесия
учредил. При расширении постепенное падение температуры
приведет к передаче тепла из окрестности по
систему до тех пор, пока не установится равновесие.

Таким образом, есть три условия, необходимые для
реверсивный режим:

• Все механические
  процессы без трения.

• При каждом приращении
  шаг в процессе условия теплового и барического равновесия
  учредил.

• Все процессы теплопередачи являются изотермическими.

Теорема Карно

Теорема Карно, также известная как правило Карно, или
Принцип Карно можно сформулировать следующим образом:

Тепловая машина не работает между двумя
резервуары могут быть более эффективными, чем обратимая тепловая машина
работающий между одними и теми же двумя резервуарами.

Самый простой способ доказать эту теорему — рассмотреть
сценарий, показанный ниже, в котором у нас есть необратимый двигатель как
а также реверсивный двигатель, работающий между резервуарами Т _Н и Т _L , однако
необратимая тепловая машина имеет более высокий КПД, чем обратимая
один. Оба они получают одинаковое количество тепла Q _H от
высокотемпературный резервуар, однако необратимый двигатель
производит больше работы W _I , чем
реверсивный двигатель W _R .

Обратите внимание, что реверсивный двигатель по своей природе может
работать в обратном порядке, т. е. если мы используем часть выхода работы (W _R )
от нереверсивного двигателя для привода реверсивного двигателя
то он будет работать как тепловой насос, передавая тепло Q _H в высокотемпературный резервуар, как показано на
следующая диаграмма:

Обратите внимание, что высокотемпературный резервуар становится
избыточны, и в итоге мы получаем чистое количество тепла (Q _LR — Q _LI ) из
температурный резервуар для производства чистого количества работы (W _I — W _R ) — метод Кельвина-Планка
нарушитель — тем самым доказывая теорему Карно.

Следствие 1 теоремы Карно:

Можно сформулировать первое следствие теоремы Карно
следующим образом:

Все реверсивные тепловые двигатели действующие
между теми же двумя тепловыми резервуарами должны иметь одинаковую эффективность.

Таким образом, независимо от типа тепловой машины,
рабочее тело или любой другой фактор, если тепловая машина обратима,
то он должен иметь такой же максимальный КПД. Если это не тот
случае, то мы можем управлять реверсивным двигателем с нижней
КПД как тепловой насос и производят нарушитель Кельвина-Планка как
выше.

Следствие 2 теоремы Карно:

Второе следствие теоремы Карно может быть
заявлено следующим образом:

Эффективность реверсивного теплогенератора
двигатель является функцией только соответствующих температур горячего
и холодные резервуары. Его можно оценить, заменив соотношение
теплопередачи Q _L и Q _H по соотношению температур T _L 9000 3 и Т _Н из
соответствующие тепловые резервуары.

Таким образом, используя это следствие, мы можем оценить тепловую
КПД обратимой тепловой машины:

Обратите внимание, что мы всегда переходим в «режим медитации».
до замены отношения теплоты отношением абсолютных
температуры, что справедливо только для реверсивных машин.
Простейшим концептуальным примером обратимой тепловой машины является машина Карно.
цикла двигателя, как показано на следующей диаграмме:

Совершенно непрактичный двигатель, который не может
реализоваться на практике, поскольку для каждого из четырех процессов в
цикл окружающей среды должен быть изменен с изотермического
к адиабатическому. Более практический пример — идеальный цикл Стирлинга.
двигатель, как показано на следующей схеме:

Этот двигатель имеет поршень для сжатия и
работы по расширению, а также вытеснитель для перемещения рабочей
газа между горячим и холодным пространством, и было описано ранее в
Глава 3b .
Отметим, что при одинаковых условиях температуры и сжатия
отношение идеальный двигатель Карно имеет такой же КПД, однако
значительно меньшая полезная производительность за цикл, чем у Ideal Stirling
цикла двигателя, как легко увидеть на следующей диаграмме:

Когда реверсивный двигатель работает в обратном направлении,
становится тепловым насосом или холодильником. Коэффициент производительности
из этих машин разработано следующее:

__________________________________________________________________________

Решено
Задача 5.1 — Реверсивный домашний воздух
Кондиционер и горячая вода
Подогреватель
_____________________________________________________________

Проблема 5.2 — Тепловой насос
используется для удовлетворения потребностей в отоплении дома и поддержания его
при 20°С. В день, когда температура наружного воздуха опускается до -10°C
подсчитано, что дом теряет тепло в размере 10 кВт.
В этих условиях фактический коэффициент полезного действия (COP _HP )
теплового насоса 2,5.

• а) Нарисуйте схему
  представляющая систему теплового насоса, показывающую поток энергии и
  температуры и определить:

• б) фактическая мощность
  потребляется тепловым насосом [4
  кВт]

• в) сила, которая
  будет потребляться обратимым
  тепловой насос в этих условиях [1,02
  кВт]

• г) сила, которая
  будет потребляться электрическим нагревателем сопротивления при этих
  условия [10 кВт]

• e) Сравнение реального теплового насоса с
  обратимый тепловой насос определить, если производительность фактического тепла
  насос возможен,

Вывести все используемые уравнения, начиная с основного
значение
КС _лс .
__________________________________________________________________________

Проблема 5.3 — Во время
эксперимент, проведенный в старшей лаборатории при 25 ° C, студент измерил, что
холодильник с циклом Стирлинга, который потребляет 250 Вт энергии, удален
1000кДж тепла от охлаждаемого помещения, поддерживаемого при -30°С.
время работы холодильника во время эксперимента составляло 20 мин.
Нарисуйте схему, представляющую холодильную систему, показывающую поток
энергии и температуры, и определить, являются ли эти измерения
разумны [COPR
= 3,33, COPR, об.
= 4,42, соотношение COPR/COPR, об.
= 75% > 60% — нет
достижимый]. Укажите причины вашего
выводы. Получить все
уравнения, используемые, начиная с основного определения коэффициента
производительности холодильника
(КС _Р ).
__________________________________________________________________________

К главе 6:
Энтропия — новое свойство

__________________________________________________________________________________________

Инженерная термодинамика Израиля
Уриэли находится под лицензией Creative
Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 США
Лицензия

Тепловые двигатели и холодильники

Тепловые двигатели и холодильники

Для преобразования теплоты в работу необходимо как минимум два места
с разными температурами. Если вы возьмете в Q _{высокий} в
температура T _{высокая} необходимо сбросить как минимум Q _низкая при
температура T _низкая . Объем работы, которую вы получаете от
тепловой двигатель W = Q _{высокий} — Q _низкий . Максимальный объем работы, который вы можете получить от
тепловая машина это сумма которую вы получите
из реверсивного двигателя.

Вт _макс = (Q _{высокий} — Q _низкий ) _{реверсивный}
= Q _{высокий} — Q _{высокий} T _низкий /T _{высокий}
= Q _{старший} (1 — T _низкий /T _{высокий} ).

W является положительным, если T _high больше T _low .

Эффективность тепловой машины
отношение полученной работы к затраченной тепловой энергии
температура, e = W/Q _{высокая} . Максимально возможное
КПД е _макс такого двигателя

e _макс = W _макс /Q _{высокий} = (1 — T _низкий
/T _{старший} ) = (T _{высокий} — T _низкий )/T _{высокий} .

Паровые двигатели

Паровая машина — разновидность тепловой машины. Он забирает тепло от
горячий пар, преобразует часть этого тепла в полезную работу и сбрасывает
отдохнуть на более холодном окружающем воздухе. Максимальная доля тепла
которые можно превратить в работу, можно найти, используя законы
термодинамики, и она увеличивается с разницей температур между
горячий пар и окружающий воздух. Чем горячее пар и
чем холоднее воздух, тем эффективнее паровая машина при преобразовании
тепло в работу.

В типичном паровом двигателе поршень движется вперед и назад внутри
цилиндр. В котле вырабатывается горячий пар высокого давления.
этот пар поступает в цилиндр через клапан. Однажды внутри
цилиндр, пар выталкивается наружу на каждую поверхность, включая
поршень. Поршень движется. Пар совершает механическую работу над
поршень, а поршень совершает механическую работу над присоединенными механизмами
к этому. Расширяющийся пар передает часть своей тепловой энергии
это оборудование, так что пар становится холоднее, когда оборудование работает.

Когда поршень достигает конца своего диапазона, клапан останавливает
поток пара и открывает цилиндр для наружного воздуха.
после этого поршень может легко вернуться. Во многих случаях допускается использование пара.
введите другой конец цилиндра так, чтобы пар толкал поршень
вернуться в исходное положение. Как только поршень вернется в исходное положение
начальной точки, клапан снова впускает пар высокого давления в
цилиндр и весь цикл повторяется. В общем, тепло идет.
от горячего котла к более прохладному окружающему воздуху и части этого тепла
преобразуется в механическую работу движущимся поршнем.
максимальный КПД паровой машины e _макс = (T _пар
— T _воздух )/T _пар . Фактическая эффективность
обычно намного ниже.

Внешняя ссылка: Паровоз (Youtube)

Проблема:

Максимум
возможный КПД паровой машины, принимающей теплоту при 100 ^o С
и сброс его при комнатной температуре примерно 20 ^o C?

Решение:

• Обоснование:
  Максимальный КПД любой тепловой машины равен КПД двигателя Карно. e _макс = (T _{высокий} — T _низкий )/T _{высокий} .
• Детали расчета:
  100 ^o C = 373 K и 20
  ^o С = 293 К. 
  максимально возможная эффективность
  (T _{высокий} — T _низкий )/T _{высокий}
  =  (373 —
  293)/373 = 0,21 = 21%.

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания сжигает смесь топлива и воздуха.
Наиболее распространенным типом является четырехтактный двигатель. Поршень скользит в
и из цилиндра. Два или более клапана позволяют топливу и
воздух для входа в цилиндр и газы, которые образуются, когда топливо и воздух
сжечь, чтобы покинуть цилиндр. Когда поршень скользит вперед и назад
внутри цилиндра изменяется объем, который могут занимать газы
кардинально.

Процесс преобразования теплоты в работу начинается, когда поршень
вытащили из цилиндра, расширив замкнутое пространство и позволив
топливо и воздух поступают в это пространство через клапан. Это движение
называется тактом впуска или тактом впуска . Далее топливо и
воздушная смесь сжимается, вдавливая поршень в
цилиндр. Это называется сжатием .
ход . В конце такта сжатия при
топливно-воздушная смесь сжата максимально плотно, свеча зажигания
в запаянном конце цилиндра срабатывает и воспламеняет смесь.
Горячее горящее топливо имеет огромное давление и толкает поршень.
из цилиндра. это рабочий ход обеспечивает мощность двигателя и навесного оборудования.
Наконец, сгоревший газ выдавливается из цилиндра через другой
клапан такта выпуска .
Эти четыре удара повторяются снова и снова. Самый внутренний
двигатели внутреннего сгорания имеют не менее четырех цилиндров и поршней. Там
всегда хотя бы один цилиндр проходит рабочий такт, и это
может нести другие цилиндры через нерабочие такты.
максимальный КПД такого двигателя е _max = (T _{зажигание}
— Т _воздух )/Т _{зажигание} где Т _{зажигание}
— температура топливно-воздушной смеси после воспламенения. К
максимизировать эффективность использования топлива, вы должны создать максимально горячую
топливно-воздушной смеси после зажигания. Самая высокая эффективность, которая
было достигнуто примерно 50% e _max .

Внешняя ссылка: Внутреннее сгорание
двигатель (Ютуб)

Проблема:

Тепловая машина поглощает 360 Дж тепловой энергии и совершает 25 Дж работы в
каждый цикл. Найти
(а) КПД двигателя и
б) тепловая энергия, выделяемая в каждом цикле.

Решение:

• Обоснование:
  Количество работы, которую вы получаете от тепловой машины, равно W = Q _high — Q _low .
  
  Эффективность e = W/Q _high .
• Детали расчета:
  Q _{высокая} = 360 Дж. W = 25 Дж. Q _низкая
  = Q _{высокий} — W = 335
  J.
  (a) Эффективность e = W/Q _{высокая} = 6,9%.
  (b) Излучаемая тепловая энергия Q _низкая
  = 335 Дж.

Теплота сама по себе не может течь от холодного объекта к горячему — это один из способов сформулировать второй
закон термодинамики. Если бы мог, то сбрасывал тепло на Т _низкий
могли просто стекать обратно в водохранилище на Т _{высокий} и сеть
эффектом будет количество тепла ΔQ = Q _{высокое} — Q _низкое
взятый на Т _{высокий} и преобразованный в работу ни с чем другим
изменения в системе.

Предположим, вы хотите взять тепло из места с низкой температурой и сбросить
это в месте с более высокой температурой T _{и высокой} . Вы хотите
построить холодильник или
кондиционер . Для
такое устройство мы определяем коэффициент
производительность КПД как отношение количества тепла, отводимого при
более низкая температура работы, вложенной в систему (т.е.
двигатель).

COP = Q _низкий /(-W) = Q _низкий /(Q _{высокий}
— Q _низкий ).

Наилучший возможный коэффициент полезного действия

COP _макс. = Q _низкий /(Q _{высокий}
— Q _низкий ) _макс   = Q _низкий /(Q _низкий (T _{высокий} /T _низкий ) _{— Q низкий ) = T низкий /(T высокий — T низкий ),}

, если у нас есть реверсивный двигатель, перемещающий тепло. Для настоящего
двигатель Q _high больше, чем Q _low T _high /T _low ,
и коэффициент полезного действия меньше.

Для холодильника, поддерживающего внутреннюю температуру 4 ^o С =
277 K в помещении при 22 ^o C = 299 K наилучшее возможное
коэффициент полезного действия COP _max = 277/(299 — 277) =
12.6. Наилучшее соотношение количества отводимой теплоты к
проделанная работа равна 12,6. Тепло не может течь изнутри обычного
холодильник в более теплое помещение, если мы не подключим электродвигатель
который работает на хладагенте.

Кондиционер представляет собой холодильник, внутри которого находится охлаждаемое помещение (T _номер
= T _низкий ) и чья внешняя сторона — это на открытом воздухе (T _{внешняя}
= T _{высокий} ). В кондиционере используется материал
называют «рабочей жидкостью» для передачи тепла из помещения в
свежий воздух. Рабочее тело – это вещество, которое преобразует
легко из газа в жидкость и наоборот в широком диапазоне
температуры и давления. Эта рабочая жидкость движется по
три основных компонента кондиционера, компрессор г.
конденсатор ,
и испаритель в непрерывном цикле.

1. Рабочая жидкость поступает в испаритель внутри помещения в виде
   жидкость низкого давления примерно при температуре наружного воздуха.
2. Испаритель обычно представляет собой змеевидную трубу. Жидкость
   немедленно начинает испаряться и превращается в газ. В процессе
   поэтому он использует свою тепловую энергию, чтобы отделить свои молекулы от одного
   другой и становится очень холодно. Тепло поступает из помещения в
   этот холодный газ. Рабочая жидкость покидает испаритель в виде
   газ низкого давления немного ниже комнатной температуры и направляется в сторону
   компрессор.
3. Поступает в компрессор в виде газа низкого давления
   примерно при комнатной температуре. Компрессор сжимает молекулы
   этого газа ближе друг к другу, увеличивая плотность и давление газа.
   Поскольку сжатие газа связано с физической работой, компрессор передает
   энергию рабочей жидкости, и эта жидкость становится более горячей.
   рабочая жидкость выходит из компрессора в виде газа под высоким давлением значительно выше
   наружная температура воздуха.
4. Затем рабочая жидкость поступает в
   конденсатор снаружи, который обычно представляет собой змеевидную трубу.
   Так как жидкость горячее окружающего воздуха, тепло уходит из
   жидкости и в воздух. Затем жидкость начинает конденсироваться в
   жидкость и отдает дополнительную тепловую энергию при конденсации.
   Эта дополнительная тепловая энергия также передается в виде тепла в наружный воздух.
   Рабочая жидкость выходит из конденсатора в виде жидкости под высоким давлением при
   примерно температура наружного воздуха. Затем она протекает через
   сужение трубы в испаритель. Когда жидкость идет
   через сужение в трубе давление в ней падает и она попадает в
   испарителя в качестве жидкости низкого давления. Цикл повторяется.

В целом тепло отводится из помещения и доставляется в
наружный воздух. Компрессор при этом потребляет электроэнергию.
процесс, и эта энергия также становится тепловой энергией в наружном воздухе.
Максимальный коэффициент такого кондиционера КПД _max
= T _{комната} /(T _{снаружи} — T _{комната} ).
Холодильники и тепловые насосы работают по одному и тому же принципу.

А тепловой насос — это холодильник, чей
внутри — это великолепная природа, а снаружи — комната, которую нужно отапливать.
коэффициент полезного действия теплового насоса – это отношение отдаваемой энергии
при более высокой температуре работы, вложенной в систему, COP = Q _{высокий} / (Q _{высокий}
— Q _низкий ). Наилучший возможный коэффициент полезного действия

COP _макс. (тепловой насос) = (Q _{высокий} /(Q _{высокий}
— Q _низкий )) _макс.
= T _{высокий} /(T _{высокий} — T _низкий ) = T _{комнатный} /(T _{комнатный}
— Т _{снаружи} )

Если наружная температура 41 ^o F = 5 ^o C = 278 K и
комнатная температура 77 ^o F = 25 ^o C = 298K, тогда COP _макс.
= 298/(298 — 278) = 14,9. Однако, если температура наружного воздуха опустится до 14
^или F = -10 ^o C = 263 K, тогда E _max = 298/(298 — 263) = 8,5.

Примечание: КПД холодильника/кондиционера и
КПД теплового насоса определяются по-разному. Мы
всегда интересуются, сколько работы мы должны сделать или сколько полезной энергии
мы должны инвестировать, чтобы достичь чего-то. Для холодильника или воздуха
кондиционер нас интересует насколько эффективно отводится тепло от более холодного
внутри за заданный объем выполненной работы. Для теплового насоса нас интересует
в том, насколько эффективно тепло доставляется к более горячему внутри для данного количества
работа выполнена. Коэффициент полезного действия дает нам эти соотношения.

Внешняя ссылка: 
цикл охлаждения (Youtube)

Проблема:

Какой КПД холодильника, работающего с
Эффективность Карно между температурами от -3 ^o C до 27 ^o C?

Решение:

• Обоснование:
  Для холодильника COP _max
  = T _{младшая} /(T _{младшая} — T _{младшая} ).
• Детали расчета:
  Наилучший возможный коэффициент полезного действия
  COP _макс.