МКТ — Задание 24 ЕГЭ по физике №00016932
МКТ
№2. Задание 24
ID: 00016932
С одним молем идеального одноатомного газа проводят циклический процесс $1\!-\!2\!-\!3\!-\!1$, где $1\!-\!2$ — адиабата, $2\!-\!3$ — изобара, $3\!-\!1$ — изохора. Температуры в точках $1$, $2$, $3$ равны $600$ К, $455$ К и $300$ К соответственно. Найдите КПД цикла.

Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
$\nu=1$ моль; одноатомный газ; цикл $1\!-\!2\!-\!3\!-\!1$: адиабата $1\!-\!2$, изобара $2\!-\!3$, изохора $3\!-\!1$; $\;T_1=600$ К; $\;T_2=455$ К; $\;T_3=300$ К
Найти:
$\eta$ — КПД цикла
Решение:
КПД цикла — как зарплата на руки. Газу за цикл «начисляют» тепло от нагревателя, часть превращается в полезную работу, а часть газ обязан «отдать налогом» холодильнику. КПД — это доля начисленного, дошедшая до работы: $\;\eta=\dfrac{Q_{\text{получ}}-|Q_{\text{отд}}|}{Q_{\text{получ}}}=1-\dfrac{|Q_{\text{отд}}|}{Q_{\text{получ}}}.$
Разберём, где тепло входит, а где выходит, по трём участкам.
Адиабата $1\!-\!2$: теплообмена нет, $Q_{12}=0$ (это определение адиабаты).
Изобара $2\!-\!3$: температура падает с $455$ К до $300$ К, газ остывает — тепло отдаёт. Для одноатомного газа $C_p=\tfrac{5}{2}R$:
$Q_{23}=\nu C_p (T_3-T_2)=\tfrac{5}{2}R\,(300-455)=-\tfrac{5}{2}R\cdot155\ \text{(отдано)}.$
Изохора $3\!-\!1$: температура растёт с $300$ К до $600$ К, газ нагревается — тепло получает. Для одноатомного газа $C_V=\tfrac{3}{2}R$:
$Q_{31}=\nu C_V (T_1-T_3)=\tfrac{3}{2}R\,(600-300)=\tfrac{3}{2}R\cdot300\ \text{(получено)}.$
Получают тепло только на изохоре, поэтому $Q_{\text{получ}}=Q_{31}=\tfrac{3}{2}R\cdot300=450R$. Отдают на изобаре: $|Q_{\text{отд}}|=|Q_{23}|=\tfrac{5}{2}R\cdot155=387{,}5R$. Подставляем в КПД (множитель $R$ сокращается):
$\eta=1-\dfrac{|Q_{23}|}{Q_{31}}=1-\dfrac{\tfrac{5}{2}R\cdot155}{\tfrac{3}{2}R\cdot300}=1-\dfrac{387{,}5}{450}=1-0{,}861\approx0{,}139.$
Значит, $\eta\approx0{,}139=13{,}9\%\approx14\%$. Двигатель превращает в работу лишь около седьмой части подведённого тепла — большую часть приходится сбрасывать холодильнику, КПД скромный.
Ответ
$\eta \approx 14\%$ (точнее $\approx 13{,}9\%$)
Видеоразбор
Другие задания по теме «МКТ» (8)
- Задание 24 №00043180 — Сосуд объёмом 8 л содержит смесь водорода и гелия общей массой 2 г при давлении…
- Задание 24 №00043179 — Сосуд объёмом 12 л содержит смесь водорода и гелия общей массой 2 г при…
- Задание 24 №00026545 — В вольфрамовом цилиндре под поршнем водород при атмосферном давлении и…
- Задание 24 №00026542 — Сосуд с воздухом, отделённым от атмосферы поршнем, поместили в кастрюлю с водой…
- Задание 24 №00026540 — Закрытый вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный идеальным газом,…
- Задание 24 №00026534 — В открытой пробирке, вращающейся в горизонтальной плоскости с угловой скоростью…
- Задание 24 №00026529 — В цилиндр объёмом 0,5 м³ закачивается воздух со скоростью 0,002 кг/с. В верхнем…
- Задание 24 №00022539 — В горизонтальной трубке, запаянной с одного конца, помещена ртуть. Столбик…