НПСФ 2023, 12. клас — Задача 1. Топлинни машини

Национално пролетно състезание по физика 2023, Тема 12. клас (Шеста възрастова група) · 5 март 2023 г. · 10 т.

Условие

А. Идеална топлинна машина работи по хладилен цикъл между резервоари с кипяща вода ($100\ ^\circ\mathrm{C}$) и топящ се лед ($0\ ^\circ\mathrm{C}$). Като резултат от работата на машината $1\ \mathrm{kg}$ вода от горещия резервоар се превръща във водни пари.

Полезни данни. Специфична топлина на парообразуване $\mathrm{r} = 2{,}26\ \mathrm{MJ/kg}$, специфична топлина на топене на леда $\lambda = 0{,}335\ \mathrm{MJ/kg}$

А. а) Каква работа $\mathrm{A}$ е извършил външният източник? [2,5 т.]

А. б) Каква маса лед допълнително се е образувала в студения резервоар? [1 т.]

Б. а) Б. В стая през зимата поддържането на температура $20\ ^\circ\mathrm{C}$ се осъществява чрез електронагревател с мощност $500\ \mathrm{W}$. Температурата на външния въздух е $-15\ ^\circ\mathrm{C}$. За поддържане в стаята на същата температура може да се използва топлинна помпа вместо електронагревателя.

Опишете принципа на действие на разглежданата топлинна помпа. [1 т.]

Б. б) Каква минимална мощност ще консумира топлинната помпа от електрическата мрежа, ако тя работи с максимално възможна ефективност? [2,5 т.]

В. В. През лятото за поддържане на температура $20\ ^\circ\mathrm{C}$ се използва климатик при температура на външния въздух $40\ ^\circ\mathrm{C}$. С колко трябва да се увеличи потребяваната от климатика мощност от електрическата мрежа, за да може да се поддържа в стаята същата температура след като се включи електрическа лампа с нажежаема нишка с мощност $\mathrm{P_0} = 150\ \mathrm{W}$. Приемете, че климатикът работи с максимално възможна ефективност. [3 т.]

Отговори

Решение

---

Оригинал в Архива: proletni_2023_12problems.pdf · официални решения: proletni_2023_12solutions.pdf