题目
有人设计一台卡诺热机 (可逆的 ).每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热 1800 J ,向 300 K 的低温热源放热 800 J.同时对外作功 1000 J ,这样的设计是A. 可以的,符合热力学第一定律.B. 可以的,符合热力学第二定律.C. 不行的,卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量.D. 不行的,这个热机的效率超过理论值.
有人设计一台卡诺热机 (可逆的 ).每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热 1800 J ,向 300 K 的低温热源放热 800 J.同时对外作功 1000 J ,这样的设计是
A. 可以的,符合热力学第一定律.
B. 可以的,符合热力学第二定律.
C. 不行的,卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量.
D. 不行的,这个热机的效率超过理论值.
题目解答
答案
D. 不行的,这个热机的效率超过理论值.
解析
考查要点:本题主要考查卡诺热机的效率公式及其理论最大值,以及热力学定律的应用。
解题核心思路:
- 卡诺热机效率公式:$\eta = 1 - \frac{T_c}{T_h}$,其中$T_h$和$T_c$分别为高温和低温热源的温度(单位:开尔文)。
- 实际效率计算:根据题目给出的吸热量$Q_h$和做功$W$,计算实际效率$\eta_{\text{实际}} = \frac{W}{Q_h}$。
- 比较实际效率与理论值:若实际效率超过理论值,则设计不可行。
破题关键点:
- 理论效率计算:代入温度值计算卡诺热机的理论最大效率。
- 实际效率验证:通过题目数据计算实际效率,判断是否超过理论值。
步骤1:计算卡诺热机的理论效率
根据公式:
$\eta_{\text{理论}} = 1 - \frac{T_c}{T_h} = 1 - \frac{300}{400} = 0.25 \quad (\text{即}25\%).$
步骤2:计算实际效率
题目中给出$Q_h = 1800 \, \text{J}$,$W = 1000 \, \text{J}$,因此:
$\eta_{\text{实际}} = \frac{W}{Q_h} = \frac{1000}{1800} \approx 0.5556 \quad (\text{即}55.56\%).$
步骤3:比较效率
实际效率$55.56\%$明显大于理论值$25\%$,说明该设计违反了热力学第二定律(卡诺热机效率无法超过理论值)。因此设计不可行。