Động cơ nhiệt

ĐỘNG CƠ NHIỆT

A)Tóm tắt lý thuyết:

1,Định nghĩa:

-Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu đốt cháy (nội năng) được chuyển hóa thành cơ năng.

-Động cơ nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay bao gồm những động cơ chạy bằng xăng hoặc dầu.

2,Các bộ phận cơ bản của động cơ nhiệt:

-Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng.

-Bộ phận phát động (tác nhân và các thiết bị phát động).

-Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do các tác nhân tỏa ra (ống xả).

Sơ đồ cấu tạo cơ bản của động cơ nhiệt:

3,Hiệu suất của động cơ nhiệt:

H = $\frac{A}{{{Q}_{1}}}=\frac{{{Q}_{1}}-{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}=\frac{{{T}_{1}}-{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}$

Trong đó:

+ H: hiệu suất của động cơ nhiệt < 1.

+ A: công sinh ra từ động cơ nhiệt.

+ Q$_{1}$ : nhiệt lượng tỏa ra từ nguồn nóng.

+ Q$_{2}$ : nhiệt lượng tác nhân truyền cho nguồn lạnh.

Lưu ý:

+Hiệu suất lí tưởng: ${{H}_{\max }}=\frac{{{T}_{1}}-{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}$

+ H $\le {{H}_{\max }}$

B)Bài tập minh họa:

Câu 1: Động cơ nào sau đây không phải là động cơ nhiệt?

A.Động cơ của máy bay phản lực.

B.Động cơ của xe máy Honda.

C.Động cơ chạy máy phát điện của nhà máy thủy điện Sông Đà.

D.Động cơ chạy máy phát điện của nhà máy nhiệt điện.

Hướng dẫn

Động cơ chạy máy phát điện của nhà máy thủy điện Sông Đà không phải là động cơ nhiệt.

Chọn đáp án C.

Câu 2: Câu nào dưới đây nói đúng về hiệu suất của động cơ nhiệt?

A.Hiệu suất cho biết động cơ mạnh hay yếu.

B.Hiệu suất cho biết động cơ thực hiện công nhanh hay chậm.

C.Hiệu suất cho biết nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn trong động cơ.

D.Hiệu suất cho biết có bao nhiêu phần trăm nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra được biến thành công có ích.

Hướng dẫn

Hiệu suất cho biết có bao nhiêu phần trăm nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt chảy tỏa ra được biến thành công có ích.

Chọn đáp án D.

Câu 3: Động cơ nhiệt là:

A.Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu đốt cháy được chuyển hóa thành nội năng.

B.Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu đốt cháy (nội năng) được chuyển hóa thành cơ năng.

C.Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu đốt cháy (nội năng) được chuyển hóa thành nhiệt năng.

D.Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu đốt cháy được chuyển hóa thành thế năng.

Hướng dẫn

Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu đốt cháy (nội năng) được chuyển hóa thành cơ năng.

Chọn đáp án B.

Câu 4: Động cơ nhiệt được sử dụng rộng rãi hiện nay là:

A.Động cơ chạy bằng xăng.

B.Động cơ chạy bằng dầu.

C.Động cơ chạy bằng hơi nước.

D.A và B đúng.

Hướng dẫn

Động cơ nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay bao gồm những động cơ chạy bằng xăng hoặc dầu.

Chọn đáp án D.

Câu 5: Các bộ phận cơ bản của động cơ nhiệt gồm:

A.Nguồn nóng, bộ phận phát động, nguồn lạnh.

B.Nguồn nóng và nguồn lạnh.

C.Nguồn nóng, nguồn lạnh và nguồn trung gian.

D.Nguồn nóng, nguồn lạnh và bộ phận ống xả.

Hướng dẫn

Các bộ phận cơ bản của động cơ nhiệt:

-Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng.

-Bộ phận phát động (tác nhân và các thiết bị phát động).

-Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do các tác nhân tỏa ra (ống xả).

Chọn đáp án A.

Câu 6: Chọn phát biểu đúng?

A.Nguồn nóng để nhận nhiệt lượng.

B.Bộ phận phát động (tác nhân và các thiết bị phát động).

C.Nguồn lạnh để cung cấp nhiệt lượng do các tác nhân tỏa ra.

D.Các bộ phận cơ bản của động cơ nhiệt gồm: nguồn nóng và nguồn lạnh.

Hướng dẫn

A – sai vì nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng.

B – đúng

C – sai vì nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do các tác nhân tỏa ra (ống xả).

D – sai vì các bộ phận cơ bản của động cơ nhiệt gồm: nguồn nóng, bộ phận phát động, nguồn lạnh.

Chọn đáp án B.

Câu 7: Động cơ nhiệt lí tưởng làm việc giữa hai nguồn nhiệt 27$^{0}$C và 127$^{0}$C. Nhiệt lượng tác nhân của nguồn nóng trong một chu trình là 2400J. Hiệu suất của động cơ có giá trị:

A.25% B.5% C.75% D.25%

Hướng dẫn

Ta có hiệu suất của động cơ nhiệt:

$H=\frac{{{T}_{1}}-{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}=\frac{(127+273)-(27+273)}{127+273}=0,25$ = 25%

Chọn đáp án A.

Câu 8: Động cơ nhiệt lí tưởng làm việc giữa hai nguồn nhiệt 27$^{0}$C và 127$^{0}$C. Nhiệt lượng tác nhân của nguồn nóng trong một chu trình là 2400J. Công thực hiện trong một chu trình?

A.1200J B.2400J C.600J D.120J

Hướng dẫn

Ta có: $H=\frac{A}{{{Q}_{1}}}\Rightarrow A=H{{Q}_{1}}$ = 2400.0,25 = 600J

Chọn đáp án C.

Câu 9: Động cơ nhiệt lí tưởng một chu trình truyền 80% nhiệt lượng nhận được cho nguồn lạnh. Biết nhiệt độ của nguồn lạnh là 30$^{0}$C. Tìm nhiệt độ của nguồn nóng?

A.378,75K B.387,75K C.378,85K D.387,55K

Hướng dẫn

Ta có: ${{Q}_{2}}=H{{Q}_{1}}=0,8{{Q}_{1}}$

$H=\frac{{{Q}_{1}}-{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}=\frac{({{T}_{1}}-{{T}_{2}})}{{{T}_{1}}}$

$\Rightarrow \frac{{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}=\frac{{{T}_{2}}}{{{T}_{1}}}\Rightarrow {{T}_{1}}$ = 378,75K

Chọn đáp án A.

Câu 10: Máy hơi nước công suất 10kW tiêu thụ 10kg than đá trong 1 giờ. Biết hơi nước vào và ra xilanh có nhiệt độ 227$^{0}$C và 100$^{0}$C, năng suất tỏa nhiệt của than đá là 3,6.10$^{7}$ J/kg. Tính hiệu suất thực của máy làm việc giữa hai nhiệt độ nói trên?

A.25% B.15% C.20% D.10%

Hướng dẫn

Ta có, Hiệu suất thực của máy:

$H=\frac{A}{{{Q}_{1}}}=\frac{Pt}{mL}=\frac{{{10.10}^{3}}.3600}{10.3,{{6.10}^{7}}}$ = 0,1 = 10%

Chọn đáp án D.

Câu 11: Trong xilanh có tiết diện 200cm$^{2}$, pittong cách đáy 30 cm, có khí ở 27$^{0}$C và 10$^{6}N/{{m}^{2}}$. Khi nhận nhiệt lượng do 5g xăng bị cháy cung cấp, khí dãn nở đẳng áp, nhiệt độ tăng thêm 150$^{0}$C. Tính hiệu suất của quá trình? Biết khi chảy 10% nhiệt lượng của xăng cung cấp cho khí. Năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,8.10$^{7}$J/kg.

A.12,5% B.15% C.22,5% D.25%

Câu 12: Máy hơi nước công suất 10kW tiêu thụ 10kg than đá trong 1 giờ. Biết hơi nước vào và ra xilanh có nhiệt độ 227$^{0}$C và 100$^{0}$C. Năng suất tỏa nhiệt của than đá là 3,6.10$^{7}$ J/kg. Hiệu suất thực của máy và của một động cơ nhiệt lí tưởng làm việc giữa hai nhiệt độ nói trên là:

A.10% và 15% B.15% và 80%

C.10% và 25,4% D.15% và 75,5%

Câu 13: Trong xilanh có tiết diện 200cm$^{2}$, pittong cách đáy 30 cm, có khí ở 27$^{0}$C và 10$^{6}N/{{m}^{2}}$. Khi nhận nhiệt lượng do 5g xăng bị cháy cung cấp, khí dãn nở đẳng áp, nhiệt độ tăng thêm 150$^{0}$C. Tính công do khí thực hiện? Biết khi chảy 10% nhiệt lượng của xăng cung cấp cho khí. Năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,8.10$^{7}$J/kg.

A.1500J B.3000J C.2480J D.1240J

Câu 14: Chu trình hoạt động của một động cơ nhiệt như hình vẽ: