Тепловая машина работает по циклу Карно. Температуры нагревателя и холодильника соответственно 555 и 331 К. Рабочим телом служит воздух массой 16 кг. Известно, что давление воздуха в конце изотермического расширения равно давлению в начале адиабатического сжатия и цикл протекает 54 с. Определить тепловую мощность, подводимую к машине.
от

1 Ответ

Дано:

T1 = 555 К - температура нагревателя
T2 = 331 К - температура холодильника
m = 16 кг - масса воздуха
Δt = 54 с - время одного цикла

Найти:
P - тепловая мощность, подводимая к машине

Решение:

Определим КПД цикла Карно:

η = (T1 - T2) / T1 = (555 К - 331 К) / 555 К = 0,4

Определим работу, совершаемую за один цикл:

A = η * Q1, где Q1 - теплота, подводимая к машине за один цикл

Определим тепловую мощность, подводимую к машине:

P = A / Δt = (η * Q1) / Δt

Поскольку давление воздуха в конце изотермического расширения равно давлению в начале адиабатического сжатия, то работа, совершаемая за цикл, равна:

A = Q1 - Q2 = Q1 * (1 - η), где Q2 - теплота, отдаваемая холодильнику

Подставим A в формулу для P:

P = (Q1 * (1 - η)) / Δt = Q1 * (1 - η) / Δt

Поскольку работа, совершаемая за цикл, равна изменению внутренней энергии воздуха, то:

A = ΔU = m * Cv * (T1 - T2), где Cv - удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме (приблизительно 0,718 кДж/(кг*К))

Подставим A в формулу для P:

P = (m * Cv * (T1 - T2) * (1 - η)) / Δt

Подставим известные значения и получим тепловую мощность:

P = (16 кг * 0,718 кДж/(кг*К) * (555 К - 331 К) * (1 - 0,4)) / 54 с ≈ 35,5 кВт

Ответ: Тепловая мощность, подводимая к машине, равна приблизительно 35,5 кВт.
от