ملف تدريبي: المَضخَّات الحرارية والمبرِّدات

في هذا الملف التدريبي، سوف نتدرَّب على حساب الشغل الميكانيكي اللازم للمضخات الحرارية لنقل الحرارة من الخزانات ذات درجة الحرارة المنخفضة إلى الخزانات ذات درجة الحرارة العالية.

س١:

ثلَّاجة مُعامِل أدائها 3.0 تستهلك شغلًا مقداره 2.0×10 J لكل دورة.

ما مقدار الحرارة المُزالة من الخزَّان البارد لكل دورة؟

ما مقدار الحرارة التي تُطرَد إلى الخزَّان الساخن لكل دورة؟

س٢:

ثلاجة تطرد حرارة مقدارها 80.0 J لكل دورة، ومعامل أدائها 6.0.

ما كمية الحرارة التي تزيلها الثلاجة من مستودع الحرارة البارد لكل دورة؟

ما مقدار الشغل الذي تبذله الثلاجة في كل دورة؟

س٣:

احسب أقصى مُعامِل أداء لنظام تبريد بالامتصاص يحتوي على موَلِّد درجة حرارته 90C، وماص درجة حرارته 5C، ومُكثِّف درجة حرارته 30C. قرِّب إجابتك لأقرب ثلاثة أرقام معنوية.

س٤:

استُخدم مبرِّد بمعامل أداء 3.00 لإنتاج 5.25 g من الثلج في الثانية من كمية ماء عند درجة حرارة 0C. ما أدنى قيمة لقدرة الدخل اللازمة لهذا المبرِّد؟

س٥:

يعمل مبرد كارنو بين درجتَي حرارة 30C، 5C. ما معامل أدائه؟

س٦:

احسب معامل الأداء المثالي لنظام تبريد يعمل بمكثف درجة حرارته 300 K ومبخر درجة حرارته 260 K.

س٧:

في المبادل الحراري الموضَّح في الشكل، يدخل مائع الأنبوب عند النقطة 1 عند درجة حرارة 10.0C. يخرج المائع من الأنبوب عند النقطة 3 عند درجة حرارة 15.0C. يدخل مائع آخَر الأنبوب الداخلي للمبادل عند النقطة 4. يدخل المائع الثاني هذا الأنبوب عند درجة حرارة 90.0C ويخرج منه عند النقطة 2 عند درجة حرارة 30.0C. ما المتوسِّط اللوغاريتمي للفرق في درجات حرارة المائعين؟

س٨:

في المبادل الحراري الموضَّح في الشكل التالي، السعة الحرارية النوعية للمائع المتدفِّق في الأنبوب الداخلي للمبادل الحراري تساوي 4.00/kJkgC. يدخل المائع إلى الأنبوب عند النقطة 1 بمعدَّل سريان 3.00 kg/s، وعند درجة حرارة 10.0C. يخرج المائع من الأنبوب عند النقطة 3، وعند درجة حرارة 15.0C. يدخل مائعٌ آخَر السعة الحرارية النوعية له 2.00/kJkgC إلى الأنبوب الداخلي للمبادل عند النقطة 4 بمعدَّل سريان 0.500 kg/s. يدخل المائع الثاني إلى هذا الأنبوب عند درجة حرارة 90.0C، ويخرج من الأنبوب عند النقطة 2، وعند درجة حرارة 30.0C. مساحة التلامس بين الأنبوبين الداخلي والخارجي تساوي 2.00 m2. ما معامل الانتقال الحراري الكلي في المبادل الحراري؟

س٩:

في المبادل الحراري الموضَّح في الشكل المعطى، يتدفَّق في الأنبوب الخارجي للمبادل مائع سعته الحرارية 4/kJkgC. يدخل المائع الأنبوب عند النقطة رقم 2 بمعدل تدفُّق مقداره 3.00 kg/s، ودرجة حرارة 10C، ويخرج المائع من الأنبوب عند النقطة رقم 4 بدرجة حرارة 15C. يدخل مائع آخر سعته الحرارية 2/kJkgC في الأنبوب الداخلي للمبادل عند النقطة رقم 1 بدرجة حرارة 90C، ويخرج من الأنبوب عند النقطة رقم 3 بدرجة حرارة 30C. ما معدل تدفُّق المائع الذي يتحرَّك خلال الأنبوب الداخلي؟

س١٠:

خلال الدورة الواحدة، تُزيل ثلاجة 450 J من الخزَّان البارد وتطرد 700 J إلى الخزَّان الساخن.

ما مُعامِل أداء الثلاجة؟

ما مقدار الشغل لكل دورة اللازم لتشغيل الثلاجة؟

س١١:

ثلاجة مُعامِل أدائها 2.50. تتطلَّب الثلاجة 230 J من الشغل لكلِّ دورة للعمل.

ما كمية الحرارة التي تمتصها الثلاجة من الخزَّان البارد لكلِّ دورة؟

ما كمية الحرارة التي يمتصها الخزَّان الساخن لكلِّ دورة؟

س١٢:

تعمل ثلاجة كارنو بين 𝑇 درجة حرارة الخزَّان البارد، 𝑇درجة حرارة الخزَّان الساخن. 𝑇، 𝑇 تتغيَّران، وهذا يؤدِّي إلى تغيُّر الشغل اللازم لإزالة كمية حرارة مقدارها 1.0 J من الخزَّان البارد.

أوجد الشغل اللازم لإزالة كمية حرارة مقدارها 1.0 J من الخزَّان البارد لكلٍّ من 𝑇=9.0C، 𝑇=25C.

أوجد الشغل اللازم لإزالة كمية حرارة مقدارها 1.0 J من الخزَّان البارد لكلٍّ من 𝑇=75C، 𝑇=25C.

أوجد الشغل اللازم لإزالة كمية حرارة مقدارها 1.0 J من الخزَّان البارد لكلٍّ من 𝑇=135C، 𝑇=25C.

أوجد الشغل اللازم لإزالة كمية حرارة مقدارها 1.0 J من الخزَّان البارد لكلٍّ من 𝑇=275C، 𝑇=25C.

س١٣:

يُشغِّل محرِّك قدرة الخرج له 430 W ثلاجة كارنو حيث درجة حرارة الخزان البارد 6.0، ودرجة حرارة الخزان الساخن 27 ℃.

ما معدل تبريد الأجزاء الداخلية للثلاجة نتيجة الشغل الذي تبذله الثلاجة؟‎

ما معدل تسخين الأجزاء الخارجية من الثلاجة نتيجة الشغل الذي تبذله الثلاجة؟

س١٤:

تعمل مضخة كارنو الحرارية في منزل بين درجتَيْ حرارة 3.0C، 18C. بكم تُسخِّن المضخة المنزل لكلِّ 1.0 J من الشغل الذي تبذله؟

س١٥:

أوجد أقل شغل يجب تزويد الثلاجة به، إذا كانت تحتاج إلى امتصاص كمية حرارة من المجمِّد مقدارها 40 J لكل دورة. درجة الحرارة داخل المجمِّد −8.0 ℃، ودرجة الحرارة خارجه 23 ℃.

س١٦:

يعمل مُحرِّك كارنو بين درجتَيْ حرارة مقداراهما 550 K و350 K. يمتص المُحرِّك من الخزَّان ذي درجة الحرارة الأعلى كمية حرارة مقدارها 1400 J لكلِّ دورة. ما مقدار الشغل الذي يُنتِجه المُحرِّك لكلِّ دورة؟

س١٧:

تطرد ثلاجة كارنو الحرارة إلى الهواء المحيط بها الذي درجة حرارته 20C. أوجد القدرة اللازمة للثلاجة لتجميد 2.0 g من الماء كلَّ ثانية، إذا كانت درجة حرارة الماء الابتدائية 0.0C. استخدِم القيمة 4184/JkgC للسعة الحرارية للماء، والقيمة 334 kJ/kg للحرارة الكامنة لانصهار الثلج.

س١٨:

يجب على مهندس أن يُصمِّم ثلاجة تبذل شغلًا مقداره 300 J لتبريد الأجزاء الداخلية للمُجمِّد التي درجة حرارتها 10 بمقدار 2100 J لكلِّ دورة. ما أقصى درجة حرارة للهواء لكي تتحقَّق هذه الظروف؟

س١٩:

تعمل دورة كارنو بين مصدر حراري درجة حرارته 95C ومصب حراري درجة حرارته 27C، وذلك لتشغيل ثلاجة تعمل بين درجتَيْ حرارة 12C، 27C. ما القدرة التي يجب أن تُزَوِّد دورة كارنو الثلاجة بها لتتمكن الثلاجة من تبريد الأجزاء الداخلية بمعدل 13 J/s؟

س٢٠:

في المبادل الحراري الموضَّح في الشكل المُعطَى، يتدفَّق مائع في الأنبوب الداخلي للمبادل سعته الحرارية 4.00/kJkgC. يدخل المائع الأنبوب عند النقطة 1 بمُعدَّل تدفُّق 3.00 kg/s بدرجة حرارة 10C. يخرج المائع من الأنبوب عند النقطة 3 بدرجة حرارة 15.0C. يدخل مائع آخَر سعته الحرارية 2.00/kJkgC الأنبوب الداخلي للمبادل عند النقطة 4 بمُعدَّل تدفُّق 0.500 kg/s. يدخل المائع الثاني هذا الأنبوب بدرجة حرارة 90.0C ويخرج من الأنبوب عند النقطة 2 بدرجة حرارة 30.0C. مُعامِل انتقال الحرارة الكلي للمبادل الحراري يساوي 1‎ ‎500 W/m2⋅K. ما المساحة التي يتم خلالها انتقال الحرارة؟

س٢١:

حُفظت ثلاجة في غرفة درجة حرارتها 95.0F. تُسخِّن الثلاجة ما حولها بمعدل 1.00 kW. ما أقل قدرة لازمة لإبقاء درجة الحرارة داخل الثلاجة 10.4F؟

س٢٢:

ما أقصى مُعامِل أداء لمضخة حرارية درجتا حرارة المستودع الساخن والبارد لها 327C، 27C، على الترتيب؟

س٢٣:

مضخة حرارية قدرتها 300 W تعمل بين أرض درجة حرارتها 0.00C، وداخل منزل درجة حرارته 22.0C. ما أقصى كمية حرارة في الساعة يمكن أن تمُدَّ المضخة الحرارية بها المنزل؟ قرِّب الإجابة لأقرب ثلاثة أرقام معنوية.

  • أ 1 . 5 5 × 1 0 J
  • ب 1 . 4 8 × 1 0 J
  • ج 1 . 5 7 × 1 0 J
  • د 1 . 4 5 × 1 0 J
  • ه 1 . 5 2 × 1 0 J

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.