Giải Lý 10 SGK nâng cao Chương 8 Bài 60 Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh. Nguyên lí II nhiệt động lực học

Chuyển động nào dưới đây không cần đến sự biến đổi nhiệt lượng sang công?

A. Chuyển động quay của đèn kéo quân

B. Sự bật lên của nắp ống nước khi nước trong ấm đang sôi

C. Bè trôi theo dòng sông

D. Sự bay lên của khí cầu hở nhờ đốt nóng khí bên trong khí cầu

Hướng dẫn giải:

Chuyển động của bè trôi theo dòng sông không cần đến sự biến đổi nhiệt lượng sang công.

Chọn đáp án C.

Một động cơ nhiệt làm việc sau một thời gian thì tác nhân đã nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng Q₁ = 1,5.10⁶J, truyền cho nguồn lạnh nhiệt lượng Q’₂ = 1,2.10⁶J. Hãy tính hiệu suất thực của động cơ nhiệt này và so sánh nó với hiệu suất cực đại nếu nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh lần lượt là 250^oC và 30^oC.

Hướng dẫn giải:

Hiệu suất thực của động cơ:

\(H = \frac{{{Q_1} - {Q_2}}}{{{Q_1}}} = \frac{{1,{{5.10}^6} - 1,{{2.10}^6}}}{{1,{{5.10}^6}}} = 20{\rm{\% }}\)

Hiệu suất cực đại của động cơ:

\({H_{\max }} = \frac{{{T_1} - {T_2}}}{{{T_1}}} = \frac{{\left( {250 + 273} \right) - \left( {30 + 273} \right)}}{{250 + 273}} \approx 42{\rm{\% }}\)

So sánh: \(H < {H_{\max }}\)

Ở động cơ nhiệt, nhiệt độ của nguồn nóng là 520^oC, của nguồn lạnh là 20^oC. Hỏi công cực đại mà động cơ thực hiện được nếu nó nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 10⁷J? Công cực đại là công mà động cơ nhiệt sinh ra nếu hiệu suất của nó là cực đại

Hướng dẫn giải:

Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l} {H_{max}} = \frac{{{T_2} - {T_1}}}{{{T_1}}}\\ {H_{max}} = \frac{{|A|max}}{{{Q_1}}} \end{array} \right.\)

\(\begin{array}{l} \Rightarrow |A{|_{max}} = \frac{{{T_2} - {T_1}}}{{{T_1}}}.{Q_1}\\ = \frac{{(520 + 273) - (20 + 273)}}{{520 + 237}}{.10^7}\\ \Rightarrow |A{|_{max}} = 0,{63.10^7}(J) \end{array}\)

Để giữ nhiệt độ trong phòng là 20^oC, người ta dùng một máy lạnh trong trường hợp này người ta gọi là máy điều hòa không khí, mỗi giờ tiêu thụ công bằng 5.10⁶J. Tính nhiệt lượng lấy đi từ không khí trong phòng mỗi giờ, biết rằng hiệu năng của máy lạnh là ε=4

Hướng dẫn giải:

Hiệu năng của máy lạnh:

\(\varepsilon = \frac{{{Q_2}}}{A}\)

Nhiệt lượng lấy đi từ không khí trong phong mỗi giờ là:

\({Q_2} = \varepsilon A = {4.5.10^6} = {2.10^7}J\)

Hiệu suất thực của một máy hơi nước bằng nửa hiệu suất cực đại. Nhiệt độ của hơi khi ra khỏi lò hơi (nguồn nóng) là 277^oC và nhiệt độ của buồng ngưng (nguồn lạnh) là 77^oC. Tính công suất của máy hơi nước này nếu mỗi giờ nó tiêu thụ 700kg than có năng suất tỏa nhiệt là 31.10⁶J/kg

Hướng dẫn giải:

• Nhiệt lượng cấp cho động cơ trong một giây:

\({Q_1} = \frac{{mg}}{{3600}} = \frac{{{{700.31.10}^6}}}{{3600}} \approx 6,{03.10^6}\left( J \right)\)

• Hiệu suất động cơ:

\(\begin{array}{l} H = \frac{1}{2}{H_{{\rm{max}}}} = \frac{1}{2}.\frac{{{T_1} - {T_2}}}{{{T_1}}}\\ = \frac{1}{2}.\frac{{(227 + 273) - (77 + 273)}}{{227 + 273}} = 0,15 \end{array}\)

• Công suất ra của động cơ:

\(P = H{Q_1} = 6,{03.10^6}.0,15 \approx 904\left( {kW} \right)\)

Trên đây là nội dung hướng dẫn giải chi tiết bài tập SGK nâng cao môn Vật lý 10 Chương 8 Bài 60 Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh. Nguyên lí II nhiệt động lực học được trình bày rõ ràng, cụ thể với phương pháp ngắn gọn và khoa học. Hy vọng rằng đây sẽ là tài liệu hữu ích giúp các em học sinh lớp 10 học tập thật tốt!