сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 2748
i

Од­но­атом­ный иде­аль­ный газ ра­бо­та­ет по циклу 1−2−3−1, име­ю­ще­му вид рав­но­бед­рен­но­го тре­уголь­ни­ка на диа­грам­ме PV. Из­вест­но, что про­цесс 1−2 лежит на пря­мой, про­хо­дя­щей через на­ча­ло ко­ор­ди­нат. От­но­ше­ние мак­си­маль­но­го дав­ле­ния в цикле к ми­ни­маль­но­му  дробь: чис­ли­тель: P_2, зна­ме­на­тель: P_1 конец дроби =2. Най­ди­те ра­бо­ту, со­вер­ша­е­мую газом за один цикл, счи­тая из­вест­ны­ми дав­ле­ние и объем в точке 1. Най­ди­те КПД теп­ло­вой ма­ши­ны, ра­бо­та­ю­щей по ука­зан­но­му циклу.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Учи­ты­вая раз­ную раз­мер­ность осей на диа­грам­ме P – V, у дан­но­го рав­но­бед­рен­но­го тре­уголь­ни­ка рав­ны­ми могут быть толь­ко бо­ко­вые сто­ро­ны. Так как про­цесс 1 – 2 лежит на пря­мой, про­хо­дя­щей через на­ча­ло ко­ор­ди­нат,  дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: P_2, зна­ме­на­тель: P_1 конец дроби =2, от­ку­да V_2=2 V_1. Из сим­мет­рии тре­уголь­ни­ка от­но­си­тель­но вы­со­ты, опу­щен­ной из точки 2, сле­ду­ет V_3 минус V_2=V_2 минус V_1=V_1, сле­до­ва­тель­но, V_3=3V_1. Таким об­ра­зом, нам из­вест­ны ко­ор­ди­на­ты всех вер­шин этого тре­уголь­ни­ка. Ра­бо­та вы­чис­ля­ет­ся как пло­щадь тре­уголь­ни­ка 1 – 2 – 3:

 A= дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка P_2 минус P_1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка V_3 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2 P_1 минус P_1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 3 V_1 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =P_1 V_1.

Для на­хож­де­ния КПД теп­ло­вой ма­ши­ны, ра­бо­та­ю­щей по ука­зан­но­му циклу, не­об­хо­ди­мо найти ко­ли­че­ство под­ве­ден­ной теп­ло­ты. Теп­ло­та под­во­дит­ся в про­цес­се 1 – 2, и на не­ко­то­ром участ­ке 2 – x про­цес­са 2 – 3, тогда:

Q_12 =\Delta U_12 плюс A_12= дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби \nu R \Delta T_12 плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка P_2 плюс P_1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка V_2 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка =
= дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка P_2 V_2 минус P_1 V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка P_2 плюс P_1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка V_2 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби P_1 V_1 плюс дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби P_1 V_1=6 P_1 V_1.

Для того, чтобы найти Q_2 x, не­об­хо­ди­мо опре­де­лить ту самую точку x, в ко­то­рой пе­ре­ста­ет под­во­дить­ся теп­ло­та. Это можно сде­лать, пред­ста­вив под­ве­ден­ную теп­ло­ту в про­цес­се 2 – x в виде функ­ции от объёма Q2x(V)x, и найти у этой функ­ции мак­си­мум на от­рез­ке V_x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка V_2;V_3 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . Так как тре­уголь­ник 1 – 2 – 3 рав­но­бед­рен­ный, на­клон про­цес­са 1 – 2 сов­па­да­ет с на­кло­ном 2 – 3. Пусть  дробь: чис­ли­тель: P, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби = альфа , тогда  дробь: чис­ли­тель: P_2 минус P_x, зна­ме­на­тель: V_x минус V_2 конец дроби = альфа , от­ку­да

P_x левая круг­лая скоб­ка V_x пра­вая круг­лая скоб­ка =P_2 минус альфа левая круг­лая скоб­ка V_x минус V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка = альфа левая круг­лая скоб­ка 2 V_2 минус V_x пра­вая круг­лая скоб­ка .

Сле­до­ва­тель­но, Q_2 x =\Delta U_2 x плюс A_2 x и

\Delta U_2 x = дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на \nu R \Delta T_2 x= дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на левая круг­лая скоб­ка P_x V_x минус P_2 V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 3 альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на левая круг­лая скоб­ка V_x левая круг­лая скоб­ка 2 V_2 минус V_x пра­вая круг­лая скоб­ка минус V_2 в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка = минус дробь: чис­ли­тель: 3 альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на левая круг­лая скоб­ка V_x минус V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те ; A_2 x = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка P_2 плюс P_x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка V_x минус V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 3 V_2 минус V_x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка V_x минус V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка ;  Q_2 x = дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на левая квад­рат­ная скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 3 V_2 минус V_x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка V_x минус V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка минус 3 левая круг­лая скоб­ка V_x минус V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те пра­вая квад­рат­ная скоб­ка =
= дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на левая круг­лая скоб­ка V_x минус V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 3 V_2 минус V_x минус 3 V_x плюс 3 V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка = альфа левая круг­лая скоб­ка V_x минус V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 3 V_2 минус 2 V_x пра­вая круг­лая скоб­ка .

За­ме­тим, что Q2x(V)x пред­став­ля­ет собой па­ра­бо­лу с на­прав­лен­ны­ми вниз вет­вя­ми и кор­ня­ми V2 и  дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби V2  =  V3. Вер­ши­на па­ра­бо­лы рас­по­ло­же­на сим­мет­рич­но между кор­ня­ми V_x= дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби V_2= дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби V_1. Тогда под­ве­ден­ное ко­ли­че­ство теп­ло­ты на участ­ке

Q_2 x= альфа левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби V_1 минус 2 V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 6 V_1 минус 5 V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на альфа V_1 в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на P_1 V_1,

от­ку­да

 \eta= дробь: чис­ли­тель: A, зна­ме­на­тель: Q_12 плюс Q_2 x конец дроби = дробь: чис­ли­тель: P_1 V_1, зна­ме­на­тель: 6 P_1 V_1 плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на P_1 V_1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 13 конец дроби

или \eta \approx 15,4 \%.

 

Ответ:A=P_1V_1; 15,4 %.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии по за­да­ниюБаллы
Най­де­на ра­бо­та цикла1
Най­де­но ко­ли­че­ство теп­ло­ты, под­ве­ден­ное в про­цес­се 1 – 21
На­пи­са­но урав­не­ние пря­мой про­цес­са 2 – 31
Най­де­но по­ло­же­ние точки x, в ко­то­рой тепло пе­ре­ста­ет под­во­дить­ся5
Най­де­но ко­ли­че­ство теп­ло­ты, под­ве­ден­ное на участ­ке 2 – x1
По­лу­чен пра­виль­ный ответ1
Классификатор: МКТ и тер­мо­ди­на­ми­ка. Цик­ли­че­ские про­цес­сы. КПД цикла