题目
设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n倍,则理想气体在一次卡诺循环中,传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的( )。A. n倍B. n–1倍C. 1/n倍D. (n+1)/n 倍
设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n倍,则理想气体在一次卡诺循环中,传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的( )。
A. n倍
B. n–1倍
C. 1/n倍
D. (n+1)/n 倍
题目解答
答案
C. 1/n倍
解析
考查要点:本题主要考查卡诺循环的效率公式及其应用,理解热量与温度的关系。
解题核心思路:
卡诺循环的效率由高温热源与低温热源的温度比决定,且效率等于净功与从高温热源吸收热量的比值。通过建立效率的两种表达式,联立方程即可求解热量比。
破题关键点:
- 卡诺效率公式:$\eta = 1 - \frac{T_2}{T_1}$,其中$T_1$为高温热源温度,$T_2$为低温热源温度。
- 效率与热量关系:$\eta = \frac{W}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$,其中$Q_1$为吸热,$Q_2$为放热。
- 温度关系:题目中$T_1 = nT_2$,代入公式即可求解$\frac{Q_2}{Q_1}$。
步骤1:写出卡诺循环效率公式
根据卡诺循环效率公式:
$\eta = 1 - \frac{T_2}{T_1}$
题目中高温热源温度$T_1$是低温热源温度$T_2$的$n$倍,即$T_1 = nT_2$,代入得:
$\eta = 1 - \frac{T_2}{nT_2} = 1 - \frac{1}{n} = \frac{n-1}{n}$
步骤2:联立效率与热量关系
卡诺循环效率也可表示为:
$\eta = \frac{W}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$
其中$W = Q_1 - Q_2$为净功。将$\eta = \frac{n-1}{n}$代入得:
$\frac{n-1}{n} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$
步骤3:解方程求热量比
整理方程:
$\frac{Q_2}{Q_1} = 1 - \frac{n-1}{n} = \frac{1}{n}$
因此,传给低温热源的热量$Q_2$是从高温热源吸取的热量$Q_1$的$\frac{1}{n}$倍。