Matura. Fizyka: czerwiec 2020 (18 maja 2020 r.). 

Zadanie 6.

Silnik cieplny to urządzenie działające cyklicznie, które w wyniku wymiany ciepła z otoczeniem wykonuje pracę. Załóżmy, że T₁ jest temperaturą źródła ciepła, z którego silnik pobiera ciepło w każdym cyklu pracy, a T₂ jest temperaturą chłodnicy, do której silnik oddaje ciepło w każdym cyklu. Zgodnie z zasadami termodynamiki, sprawność η dowolnego silnika pracującego pomiędzy danymi temperaturami źródła ciepła i chłodnicy nie może przekraczać sprawności tzw. silnika idealnego, danej wzorem (temperatury wyrażone są w kelwinach):

ηₘₐₓ = (T₁ - T₂)/T₁

Zaprojektowano dwa różne silniki cieplne S₁ oraz S₂, w których wykorzystuje się sprężanie i rozprężanie ustalonej masy gazu. Każdy z silników w jednym cyklu pracy pobiera po 100 J ciepła ze źródła o temperaturze 477°C i oddaje pewną ilość ciepła (inną dla każdego z silników) do chłodnicy o temperaturze 17°C. Do działania każdego z silników wykorzystano różne cykle termodynamiczne, tak aby:

• w cyklu pracy silnika S₁ ilość ciepła oddanego do chłodnicy była możliwie najmniejsza – tzn. tak mała, jak na to pozwalają prawa termodynamiki
• w cyklu pracy silnika S₂ praca sił parcia gazu podczas jego rozprężania wynosiła 34,8 J, a praca podczas sprężania gazu (przeciwko sile parcia) była równa 8,7 J.

---

Zadanie 6.1.

a)

Oblicz ciepło, jakie oddaje do chłodnicy silnik S₁ w jednym cyklu pracy.

b)

Wyjaśnij na podstawie informacji podanej w treści zadania 6., dlaczego ilość ciepła oddanego w cyklu pracy silnika S₁ nie może być mniejsza od pewnej wartości granicznej.