题目
一可逆卡诺热机,低温热源的温度为27 ℃,热机效率为40%,其高温热源温度为-|||-__ K.今欲将该热机效率提高到50%,若低温热源保持不变,则高温热源的温度-|||-应增加 __ K.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查卡诺热机效率公式的应用,涉及热力学温度单位的转换及公式变形。
解题核心思路:
- 卡诺热机效率公式:$\eta = 1 - \frac{T_c}{T_h}$,其中$T_c$为低温热源温度,$T_h$为高温热源温度,单位为开尔文(K)。
- 温度单位转换:题目中低温热源温度为$27^\circ \text{C}$,需转换为热力学温度$T_c = 27 + 273 = 300 \, \text{K}$。
- 公式变形求解:根据效率公式,分别代入已知条件求解高温热源温度$T_h$,再计算温度变化量。
破题关键点:
- 正确应用公式,注意温度单位必须为开尔文。
- 分步代入已知量,逐步求解未知量。
第一空:求高温热源温度$T_h$
-
已知条件:
- 低温热源温度$T_c = 27^\circ \text{C} = 300 \, \text{K}$
- 热机效率$\eta = 40\% = 0.4$
-
代入公式:
$\eta = 1 - \frac{T_c}{T_h}$
代入已知值:
$0.4 = 1 - \frac{300}{T_h}$ -
解方程:
$\frac{300}{T_h} = 1 - 0.4 = 0.6$
$T_h = \frac{300}{0.6} = 500 \, \text{K}$
第二空:求高温热源温度增加量
-
已知条件:
- 新效率$\eta' = 50\% = 0.5$
- 低温热源温度仍为$T_c = 300 \, \text{K}$
-
代入公式:
$0.5 = 1 - \frac{300}{T_h'}$
解得:
$\frac{300}{T_h'} = 0.5 \quad \Rightarrow \quad T_h' = \frac{300}{0.5} = 600 \, \text{K}$ -
计算温度增量:
$\Delta T = T_h' - T_h = 600 \, \text{K} - 500 \, \text{K} = 100 \, \text{K}$