by 
Διαθέτουμε ποσότητα ενέργειας E= 200J και θέλουμε από αυτή να παραχθεί μηχανικό έργο. (Υπενθυμίζεται ότι το έργο δεν είναι μορφή ενέργειας, αλλά τρόπος μεταφοράς ενέργειας από ένα σύστημα σε άλλο ή μετατροπής ενέργειας από μια μορφή σε μια άλλη.)
- Περίπτωση Α – Μηχανική (δυναμική) ενέργεια
Ένα σώμα μάζας m βρίσκεται σε ύψος h πάνω από το έδαφος. Η δυναμική του ενέργεια ως προς το έδαφος είναι E = 200J. Το σώμα αφήνεται να κινηθεί και ταυτόχρονα παράγεται έργο από το βάρος. Τη στιγμή που φτάνει στο έδαφος.
α. Να υπολογίσετε το μέγιστο έργο W, που μπορεί να παραχθεί από αυτή τη διαδικασία.
β. Να βρείτε το συντελεστή απόδοσης e αυτής της μετατροπής ενέργειας.
- Περίπτωση Β – Θερμότητα
Τώρα η ίδια ποσότητα ενέργειας διατίθεται ως θερμότητα Q = 200J σε μια θερμική μηχανή, με σκοπό την παραγωγή έργου.
Β1. Ιδανική μηχανή Carnot
Μια ιδανική μηχανή Carnot λειτουργεί ανάμεσα σε θερμή δεξαμενή θερμοκρασίας Th = 600K και ψυχρή δεξαμενή θερμοκρασίας Tc = 300K. Η μηχανή απορροφά Qh = 200J θερμότητα από τη θερμή δεξαμενή.
α. Να υπολογίσετε τη θεωρητικά μέγιστη απόδοση e1 της μηχανής Carnot.
β. Να βρείτε το μέγιστο έργο W1, που μπορεί να παραχθεί σε κάθε κύκλο.
γ. Να υπολογίσετε τη θερμότητα |Qc1| που αποβάλλεται στην ψυχρή δεξαμενή.
Β2. Πραγματική μηχανή Otto
Μια πραγματική μηχανή Otto (τετράχρονος κινητήρας βενζίνης), που χρησιμοποιεί την ίδια θερμότητα έχει συντελεστή απόδοσης e2 = 0,3.
α. Να υπολογίσετε το έργο W2, που παράγεται σε κάθε κύκλο.
β. Να βρείτε τη θερμότητα που αποβάλλεται στο περιβάλλον.
- Συγκριτικά ερωτήματα – Σύνδεση με τον 2ο νόμο
α. Να συγκρίνετε τα έργα W, W1, W2.
β. Να σχολιάσετε ποια μορφή ενέργειας (μηχανική ή θερμική) μπορεί να μετατραπεί πληρέστερα σε έργο και γιατί.
γ. Να εξηγήσετε πώς τα παραπάνω αποτελέσματα εκφράζουν τον 2ο νόμο της Θερμοδυναμικής.
Αν ευχόμουν κάτι να μάθουν οι μαθητές μου, από τη Θερμοδυναμική…
Μπράβο Ανδρέα και όχι μόνο γι’ αυτό.
Διότι:
«Είπατε τώ βασιλεί, χαμαί πέσε δαίδαλος αυλά, ουκέτι Φοίβος έχει καλύβην, ου μάντιδα δάφνην, ουδέ παγάν λαλέουσαν. Απέσβετο και το λάλον ύδωρ».
(Πυθία).
Σε ευχαριστώ Γιάννη. Ο χρησμός της Πυθίας, είναι από τους πιο στενάχωρους, αφού δηλώνει το τέλος μιας εποχής. Κάτσε Δία σήκω Ιησού…
Άντε να δούμε και το Φυσικό στη Θεωρητική!
Μετα βίας κατάφερα σήμερα να φτάσω στις θερμικές μηχανές. Τι να πρωτοπεί κανείς; Για την ατμομηχανή; Να κάνω ασκήσεις με κύκλους σε p-V; Δεν θα καταλάβουν, ούτε και τους νοιάζει. Θα τους δείξω μια Stirling που αγόρασα από το eBay να δουλεύει με θερμότητα από ζεστό νερό και τι συμβαίνει καθώς το νερό κρυώνει και μετά τελος για φέτος.
Καλημέρα Ανδρέα και συγχαρητήρια, για μια ακόμη φορά, για την στάση σου και την προσπάθεια που κάνεις, να κάνεις μάθημα και στη Β΄Τάξη,,,
Χθές κάτι έγραψα που σε αφορούσε.
Και αν φτάσεις να διδάξεις την άσκηση αυτή και σε ακούσουν κάποιοι μαθητές, υπάρχει και η συνέχειά της, αν και γράφτηκε πριν 14 χρόνια:
Ποιότητα θερμότητας.
Καλησπέρα Διονύση. Σε ευχαριστώ για το σχολιασμό και την υπενθύμιση της ωραίας ανάρτησης του 2012. Οι θερμικές μηχανές είναι παντού γύρω μας. Ο Διευθυντής της Toyota δήλωσε ότι θα αργήσουν να μας εγκαταλείψουν, τα ηλεκτρικά έχουν πολύ μέλλον μπροστά τους μέχρι να τις αντικαταστήσουν. Αλλά δεν είναι μόνο στα αυτοκίνητα. Τα ψυγεία και τα aircondition; Είναι κρίμα να μην ξέρουν τα παιδιά τη βασική θεωρία για τη λειτουργία τους. Εδώ έρχεται ο ρόλος του καθηγητή τάξης, που πρέπει να διαλέξει. Πρωταγωνιστής ή κομπάρσος; Οι μαθητές εκπαιδεύονται. 7η ώρα που πλέον είναι 1.25 – 2.10, ζέστανα με γκαζάκι τον κάτω δίσκο της Stirlling και έκανα ένα από τα καλύτερα μαθήματα της χρονιάς…
“7η ώρα που πλέον είναι 1.25 – 2.10, ζέστανα με γκαζάκι τον κάτω δίσκο της Stirlling και έκανα ένα από τα καλύτερα μαθήματα της χρονιάς…”
Μπράβο Ανδρέα!
Ανδρέα μια και απετέλεσες μία από τις εμπνεύσεις πρόσφατου κειμένου μου, ας βάλω και εδώ τον πίνακα:
Άλλο ένα μπράβο Ανδρέα για την διαρκή προσπάθειά σου να διδάσκεις και τα θέματα που δεν έχουν σχέση με την ύλη των πανελλαδικών. Εύχομαι οι προσπάθειές σου να έχουν όσο γίνεται μεγαλύτερη επίδραση στα παιδιά.
Καλησπέρα συνάδελφοι. Σας ευχαριστώ. Άρη, η μετάδοση της γνώσης στη Φυσική είναι ευθύνη. Οι μαθητές καταλαβαίνουν ενστικτωδώς τον ενθουσιασμό και το μεράκι και κάθονται να ακούσουν. Ακόμα και στα σύγχρονα παιδιά της γενιάς του κινητού, που έχουν μπουκώσει από άχρηστη πληροφορία και…βαριούνται, κάτι θα μείνει.
Γιάννη στον πίνακα του Πικάσο, βλέπω πολλούς από τους συναγωνιστές του Υλικού. Και έχουμε και το πλεονέκτημα σε σχέση με τον Δον, ότι δεν είμαστε μόνοι μας. Αυτή η κουβέντα που διαβάζουμε εδώ, θετική ή αρνητική, όταν αναρτούμε κάτι, απομακρύνει την λογική της παραίτησης.
“Γιατί όταν μοιράζεσαι είναι καλό και για την ψυχική σου υγεία”.
«Οι μαθητές καταλαβαίνουν ενστικτωδώς τον ενθουσιασμό και το μεράκι και κάθονται να ακούσουν.»
Συμφωνώ Αντρέα. Να προσθέσουμε μόνο ότι αυτόν τον ενθουσιασμό και το μεράκι εξακολουθούν, ευτυχώς, να το έχουν πολλοί συνάδελφοι παρά τις φιλότιμες προσπάθειες του όλου συστήματος της εκπαίδευσης να τα τσακίσουν.