题目
一噶卡诺循环的热机,高温热源温度是400K,每一循环从此热源吸进100J热量并向低温热源放出80J热量,求:(1)低温热源温度;(2)该循环的热机效率。
一噶卡诺循环的热机,高温热源温度是400K,每一循环从此热源吸进100J热量并向低温热源放出80J热量,求:
(1)低温热源温度;
(2)该循环的热机效率。
题目解答
答案
解:对于卡诺循环

所以低温热源温度为:


(2)根据热机效率公式:

解析
考查要点:本题主要考查卡诺循环的基本性质及其效率公式的应用,涉及热力学第二定律的相关知识。
解题核心思路:
- 卡诺循环效率的两种表达形式:卡诺热机的效率既可以用高温热源与低温热源的温度比表示($\eta = 1 - \frac{T_2}{T_1}$),也可以用吸热与放热的热量比表示($\eta = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$)。这两个公式本质相同,可联立求解。
- 低温热源温度的计算:通过热量比与温度比的关系式 $T_2 = \frac{Q_2}{Q_1} T_1$ 直接代入已知量求解。
- 热机效率的计算:直接利用效率公式 $\eta = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$ 计算。
破题关键点:
- 明确卡诺循环效率的两种表达形式及其等价性。
- 注意温度必须使用绝对温标(开尔文)。
第(1)题:低温热源温度
根据卡诺循环的热量与温度关系
卡诺循环中,低温热源温度 $T_2$ 与高温热源温度 $T_1$ 的关系满足:
$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{T_2}{T_1}$
其中 $Q_1 = 100 \, \text{J}$,$Q_2 = 80 \, \text{J}$,$T_1 = 400 \, \text{K}$。
代入公式计算
$T_2 = \frac{Q_2}{Q_1} T_1 = \frac{80}{100} \times 400 = 320 \, \text{K}$
第(2)题:热机效率
直接应用效率公式
卡诺热机效率公式为:
$\eta = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$
代入已知量:
$\eta = 1 - \frac{80}{100} = 1 - 0.8 = 20\%$