Zadanie: Matura CKE Informator 2025 (Fizyka Rozszerzona)

Question

Zadanie 23. Pompa ciepła
W pompie ciepła tzw. czynnik roboczy pobiera ciepło $Q_{pob}$ z obszaru o niższej temperaturze $T_1$ i oddaje ciepło $Q_{odd}$ do obszaru o wyższej temperaturze $T_2$. Podczas wymiany ciepła czynnik roboczy może się rozprężać lub być sprężany albo zmieniać stan skupienia z ciekłego w gazowy i odwrotnie. Praca $W_{spr}$ wykonana przez siły zewnętrzne przy sprężaniu czynnika roboczego jest większa od $W_{roz}$ – pracy sił parcia czynnika roboczego przy rozprężaniu. Różnicę tych prac nazwiemy pracą całkowitą $W_{cal}$, jaką należy (efektywnie) wykonać nad czynnikiem roboczym pompy pracującej w jednym cyklu. Pytanie 1: Przepływ energii w pompie ciepła można przedstawić na schemacie blokowym, na którym szerokości „wstęg” odpowiadają wartościom bezwzględnym pracy podczas rozprężania i sprężania oraz wartościom bezwzględnym ciepła pobieranego i oddawanego.

Na którym diagramie (spośród A–D) prawidłowo przedstawiono schemat blokowy przepływu energii w postaci ciepła i pracy mechanicznej w pompie cieplnej? Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.

[img1]

[ABCD1] Pytanie 2: Informacja do zadań 23.2.–23.3.
Efektywność pompy ciepła (którą oznaczymy jako $EPC$) określa się w jednym cyklu jako:
$$EPC = \dfrac{|Q_{odd}|}{|W_{cal}|}$$
Z praw termodynamiki wynika, że nie może istnieć pompa ciepła pracująca pomiędzy dwoma obszarami o temperaturach $T_1$ i $T_2$, która miałaby efektywność większą niż (temperatury w poniższym wzorze wyrażono w kelwinach):
$$EPC_{max} = \dfrac{T_2}{T_2 - T_1}$$

Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
[prawda_falsz1] Pytanie 3: W pomieszczeniu zamontowano system grzewczy z pompą ciepła. Ma ona dostarczać do pomieszczenia $85\ 300	ext{ kJ}$ ciepła w ciagu godziny, pracując między obszarami o temperaturach $10\ ^{\circ}	ext{C}$ i $25\ ^{\circ}	ext{C}$. Pompę zaprojektowano tak, aby pracowała z największą efektywnością, na jaką pozwalają prawa termodynamiki. Przyjmij, że w ciągu godziny pompa wykonuje całkowitą liczbę cykli termodynamicznych.

Oblicz najmniejszą pracę całkowitą $W_{cal}$, jaką należy wykonać nad czynnikiem roboczym pompy pracującej z największą możliwą efektywnością w opisanych warunkach. Zapisz obliczenia.
[odp_otwarta1]

Instytut Maturalny · Accepted Answer

Odpowiedź 1: A Odpowiedź 2: PFF Odpowiedź 3: $|W_{cal}| \approx 4\ 290\ 	ext{kJ}$

1.	Jeżeli dwie pompy oddają do otoczenia takie same ilości ciepła, to większą efektywność ma ta spośród pomp, która pobiera więcej ciepła.	P	F
2.	Ciepło, które oddaje pompa ciepła w jednym cyklu pracy, jest mniejsze (co do wartości bezwzględnej) od ciepła pobranego przez nią w jednym cyklu pracy.	P	F
3.	Podczas pracy takiej pompy ciepło samorzutnie przepływa z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o wyższej temperaturze.	P	F

Zobacz również podobne zadania

Chcesz zobaczyć więcej rozwiązań z przedmiotu Fizyka Rozszerzona?