ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΘΕΡΜΙΚΈΣ ΜΗΧΑΝΈΣ

1. Ποια από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή;

α) Κάθε θερμική μηχανή λειτουργεί ανάμεσα σε δύο θερμοκρασίες. β) Ο συντελεστής απόδοσης μιας θερμικής μηχανής είναι το πηλίκο της ωφέλιμης ενέργειας που παράγει η μηχανή προς την ενέργεια που αποβάλλεται. γ) Εάν ήταν δυνατό να εξαλειφθούν οι τριβές ο συντελεστής απόδοσης των θερμικών μηχανών θα ήταν ίσος με τη μονάδα. δ) Η απόδοση των θερμικών μηχανών κυμαίνεται συνήθως ανάμεσα στο 70% - 80%. [Απ : α) ]

2.  Οι παρακάτω προτάσεις αναφέρονται στο δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο. Ποιες ναι οι σωστές;

α) Δεν υπάρχουν περιορισμοί στη μετατροπή της ενέργειας από τη μια μορφή στην άλλη.

β) Η θερμότητα ποτέ δεν μετασχηματίζεται πλήρως σε μηχανική ενέργεια.

γ) Κατά την ισόθερμη εκτόνωση, όλο το ποσό θερμότητας που απορροφά το αέ ριο μετατρέπεται σε έργο. Η μεταβολή αυτή αποτελεί μια εξαίρεση στο δεύτε ρο θερμοδυναμικό νόμο.

δ) Με τη σημερινή τεχνολογία δεν έχει επιτευχθεί η πλήρης μετατροπή της θερ μότητας σε μηχανικό έργο. Ελπίζουμε ότι στο μέλλον θα το κατορθώσουμε.

ε) Ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος αποκλείει την ύπαρξη μιας θερμικής μηχα νής που έχει συντελεστή απόδοσης ίσο με 1.

στ)Το ψυγείο μεταφέρει θερμότητα από τα ψυχρά σώματα προς τα θερμότερα.

ζ) Η θερμότητα μεταφέρεται πάντα προς τα θερμότερα από τα ψυχρότερα σώ ματα. Για το αντίστροφο απαιτείται δαπάνη ενέργειας.

     [Απ : ε), στ), ζ) ]

3. Λέμε ότι κατά τη λειτουργία μιας θερμικής μηχανής το ωφέλιμο έργο είναι πάντα μικρότερο από την ενέργεια που δαπανάται για τη λειτουργία της (θερμότητα). Μήπως αυτό παραβιάζει την αρχή διατήρησης της ενέργειας; Αιτιολογήστε την απάντηση σας.                      

[ΑΠ.: Όχι, ένα μέρος της θερμότητας που δαπανάται απορρίπτεται στο ψυχροδοχείο]

4. Η θάλασσα έχει τεράστια ποσά εσωτερικής ενέργειας, θα μπορούσαμε να χρησι μοποιήσουμε αυτή την ενέργεια για την κίνηση των πλοίων; (Δικαιολογήστε την

απάντηση σας).

[Απ.: Όχι, διότι δεν υπάρχει κατάλληλο ψυχροδοχείο]

5. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις που αφορούν στη μηχανή Carnot είναι σω στές;

α) Η μηχανή που επινόησε και συναρμολόγησε ο Carnot φέρει σήμερα το όνομα του.

β) Ο κύκλος του Carnot έχει τη μεγαλύτερη απόδοση γιατί μετατρέπει εξ ολοκλή ρου τη θερμότητα σε ωφέλιμο έργο.

δ) Η απόδοση της μηχανής Carnot εξαρτάται μόνο από τις θερμοκρασίες των δε ξαμενών υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας.

ε) Όταν μικραίνει ο λόγος της θερμοκρασίας της ψυχρής δεξαμενής προς τη θερ μοκρασία της θερμής, σε μια μηχανή Carnot, ο συντελεστής απόδοσης της με γαλώνει.

[Απ.: δ), ε)]

6. Η απόδοση μιας θερμικής μηχανής, δεν μπορεί να είναι............................. από την απόδοση μιας μηχανής Carnot που λειτουργεί ανάμεσα στις ίδιες θερμοκρασίες. Ο συντελεστής απόδοσης μιας μηχανής Carnot είναι......................  

[Απ : μεγαλύτερη, α = 1 –Τ2/Τ1] 

7. Ποια ή ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και γιατί;

α) Κατά την ισόθερμη εκτόνωση ενός αερίου παραβιάζεται το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα, αφού όλη η θερμότητα που προσφέρεται στο αέριο αποδίδεται ως έργο W. 

β) Μια κινητική μηχανή Carnot έχει απόδοση μεγαλύτερη από οποιαδήποτε άλλη θερμική μηχανή. 

γ) Αν μια θερμική μηχανή που λειτουργεί αντιστρεπτά μετατρέποντας θερμική ενέργεια σε ωφέλιμη ενέργεια W, λειτουργήσει αντίστροφα θα μετατρέπει ωφέλιμη ενέργεια W σε θερμότητα Q με μεγαλύτερο όμως ρυθμό. 

δ) Η απόδοση της μηχανής Carnot είναι πάντα μικρότερη της μονάδας, επειδή δεν είναι δυνατόν να πετύχουμε θερμοκρασία Τ2 = 0. 

[ Aπ : β), δ) ]

8. Μια μηχανή Carnot λειτουργεί μεταξύ των θερμοκρασιών Τ1 και Τ2. Η απόδοση της μηχανής αυξάνεται περισσότερο αν :

α) Αυξήσουμε την χαμηλή θερμοκρασία κατά ΔΤ. β) Αυξήσουμε την υψηλή θερμοκρασία κατά ΔΤ. γ) Ελαττώσουμε την υψηλή θερμοκρασία κατά ΔΤ. δ) Ελαττώσουμε τη χαμηλή θερμοκρασία κατά ΔΤ. [ Aπ.: β) ]

9. Θερμική μηχανή Carnot χρησιμοποιεί ιδανικό αέριο. Ποια από τις παρακάτω δια δικασίες θα επιλέγατε, ώστε να αυξηθεί περισσότερο η απόδοση της μηχανής;

α) Να αυξήσετε κατά 40 Κ την θερμοκρασία της θερμής δεξαμενής. β) Να ελαττώσετε κατά 40 Κ την θερμοκρασία της ψυχρής δεξαμενής. γ) Να αυξήσετε την θερμοκρασία της θερμής δεξαμενής κατά 20 Κ και ταυτόχρο να να ελαττώσετε την θερμοκρασία της ψυχρής δεξαμενής κατά 20 Κ.

                [Απ.: α)]

10. Σύμφωνα με το 1° θερμοδυναμικό αξίωμα σε κυκλική μεταβολή ισχύει Q = W. Αυτό έρχεται σε αντίφαση με το 2° θερμοδυναμικό αξίωμα, που λέει ότι δεν υπάρ χει κυκλική διεργασία, στην οποία η προσφερόμενη στο σύστημα θερμότητα να μετατρέπεται 100% σε έργο;

[Απ.: Όχι, διότι το Q στην περίπτωση αυτή είναι μόνο το μέρος εκείνο της θερμότητας που μετατράπηκε σε έργο. Η θερμότητα όμως που πήρε το αέριο από το θερμοδοχείο είναι μεγαλύτερη από την Q]

11. Η θερμοκρασία της ψυχρής δεξαμενής μιας μηχανής Carnot είναι 20 °C. Ο συ ντελεστής απόδοσης αυτής της μηχανής είναι α = 0,5. Η θερμοκρασία της θερμής δεξαμενής της μηχανής είναι:

α) 40 °C, β) 80 °C γ) 313 °C δ) 586 °C

[Απ.: [γ)]

12.  Ισχυρίζεται κάποιος μηχανικός ότι σχεδίασε θερμική μηχανή που λειτουργεί με ταξύ των θερμοκρασιών 300 Κ και 600 Κ, με απόδοση 60%. Τι λέτε;

[Απ.: Ο ισχυρισμός του είναι λανθασμένος]

13. Δύο μηχανές Carnot Α, Β έχουν ψυχρές δεξαμενές ίδιας θερμοκρασίας, ενώ η θερμή δεξαμενή της Α έχει ψηλότερη θερμοκρασία από την θερμή δεξαμενή της Β. Το αέριο κάθε μηχανής απορροφά, ανά κύκλο, το ίδιο ποσό θερμότητας από την αντίστοιχη θερμή δεξαμενή. Ποια από τις δύο μηχανές παράγει περισσότερο έργο ανά κύκλο;

[Απ.: η Α]

14. Σε μια πυρηνική αντίδραση επιτυγχάνεται θερμοκρασία Τ1 = ΙΟ10 Κ. Ποια νομί ζετε ότι θα ήταν η απόδοση μιας μηχανής Carnot η οποία θα έπαιρνε θερμότητα από μια τέτοια πυρηνική αντίδραση και θα απέβαλλε την αχρησιμοποίητη θερμό τητα σε δεξαμενή Τ2 = 300 Κ;

[Απ.: περίπου 100%]