Problemma seconda legge termodinamica
Una ditta di modellismo ferroviario sta progettando un prototipo sperimentale di locomotiva a vapore, di massa pari a 160 kg. Il motore è costituito da una macchina termica (M1) che deve eseguire 15 cicli di funzionamento affinchè la locomotiva, inizialmente ferma, raggiunga la velocità di 52,0 km/h. Per ogni ciclo di funzionamento, della durata di 30,0 s, la macchina termica assorbe 1,42 kcal da una sorgente costituita da acqua alla temperatura di ebollizione e riversa il calore residuo nell'ambiente esterno a 20,0 °C.
1. Calcola la potenza e il rendimento della macchina termica. Quante calorie sono cedute all'ambiente esterno per far raggiungere alla locomotiva quella velocità?
2. La macchina termica opera in modo reversibile? Giustifica la risposta.
La macchina termica viene successivamente rimossa dalla locomotiva e collegata in serie con una macchina frigorifere F, che utilizza tutto il lavoro fornito dalla prima macchina per sottrarre calore a una sorgente fredda e riversarlo nell'ambiente esterno. La durata del ciclo di funzionamento è la stessa per entrambe le macchine e la macchina frigorifera è in grado di far congelare 0,350 kg di acqua alla temperatura iniziale di 0 °C in 25 cicli di funzionamento (calore latente di solidificazione dell'acqua λ=3,34 • 105 J/kg).
3. Qual è il coefficiente frigorifero utile della macchina frigorifera? Si tratta di una macchina frigorifera reversibile? Giustifica la risposta.
Infine, la macchina termica viene nuovamente rimossa e poi montata in serie con una seconda macchina termica (M2), di rendimento r2=33,3% che assorbe tutto il calore espulso dalla prima macchina e cede parte di questo calore a una sorgente più fredda, compiendo lavoro. Anche in questa configurazione la durata del ciclo di funzionamento è la stessa per entrambe le macchine.
4. Rappresenta in uno schema la serie delle due macchine termiche M1 ed M2, esaminando i rispettivi scambi di calore e lavoro. Calcola il rendimento della serie costituita dalle due macchine termiche.
Aggiunto 13 minuti più tardi:
Ho già risolto il punto 1 e il punto 2, mi servirebbero il tre e il quattro, con una breve spiegazione se siete così pazienti :D
1. Calcola la potenza e il rendimento della macchina termica. Quante calorie sono cedute all'ambiente esterno per far raggiungere alla locomotiva quella velocità?
2. La macchina termica opera in modo reversibile? Giustifica la risposta.
La macchina termica viene successivamente rimossa dalla locomotiva e collegata in serie con una macchina frigorifere F, che utilizza tutto il lavoro fornito dalla prima macchina per sottrarre calore a una sorgente fredda e riversarlo nell'ambiente esterno. La durata del ciclo di funzionamento è la stessa per entrambe le macchine e la macchina frigorifera è in grado di far congelare 0,350 kg di acqua alla temperatura iniziale di 0 °C in 25 cicli di funzionamento (calore latente di solidificazione dell'acqua λ=3,34 • 105 J/kg).
3. Qual è il coefficiente frigorifero utile della macchina frigorifera? Si tratta di una macchina frigorifera reversibile? Giustifica la risposta.
Infine, la macchina termica viene nuovamente rimossa e poi montata in serie con una seconda macchina termica (M2), di rendimento r2=33,3% che assorbe tutto il calore espulso dalla prima macchina e cede parte di questo calore a una sorgente più fredda, compiendo lavoro. Anche in questa configurazione la durata del ciclo di funzionamento è la stessa per entrambe le macchine.
4. Rappresenta in uno schema la serie delle due macchine termiche M1 ed M2, esaminando i rispettivi scambi di calore e lavoro. Calcola il rendimento della serie costituita dalle due macchine termiche.
Aggiunto 13 minuti più tardi:
Ho già risolto il punto 1 e il punto 2, mi servirebbero il tre e il quattro, con una breve spiegazione se siete così pazienti :D
Risposte
intendi per caso il rendimento con coefficiente frigorifero?
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