Задача: Почему эксергия теплоты более универсальная функция, чем теплота?
Варианты ответов:
- Потому что она учитывает количество теплоты и температуру окружающей среды
- Потому что она учитывает температуры окружающей среды и системы и количество теплоты
- Потому что она учитывает температуру окружающей среды и системы
- Потому что она учитывает температуру окружающей среды и системы, количества теплоты и затрачиваемую работу на перекачивание теплоносителя
- Потому что она учитывает температуру системы и количество теплоты
Решение:
Для понимания, почему эксергия теплоты более универсальна, чем просто теплота, необходимо вспомнить определения этих понятий в термодинамике.
Теплота (\(Q\)) – это форма передачи энергии, связанная с разностью температур. Она характеризует количество энергии, переданной от более нагретого тела к менее нагретому. Теплота является одной из форм энергии, но она не показывает, какая часть этой энергии может быть преобразована в полезную работу.
Эксергия теплоты (\(E_Q\)) – это максимальная полезная работа, которую можно получить из данного количества теплоты \(Q\), переданного при температуре \(T\), при условии, что окружающая среда имеет температуру \(T_0\). Эксергия теплоты учитывает не только количество переданной теплоты, но и её "качество", то есть возможность преобразования в работу.
Формула для эксергии теплоты, переданной при постоянной температуре \(T\), выглядит так:
\[E_Q = Q \left(1 - \frac{T_0}{T}\right)\]где:
- \(Q\) – количество переданной теплоты.
- \(T\) – абсолютная температура, при которой передается теплота (температура системы).
- \(T_0\) – абсолютная температура окружающей среды.
Из этой формулы видно, что эксергия теплоты зависит от:
- Количества теплоты (\(Q\)): Чем больше теплоты, тем больше потенциальная работа.
- Температуры системы (\(T\)): Чем выше температура, при которой передается теплота, относительно температуры окружающей среды, тем больше эксергия.
- Температуры окружающей среды (\(T_0\)): Чем ниже температура окружающей среды, тем больше эксергия.
Таким образом, эксергия теплоты является более универсальной функцией, потому что она учитывает не только количество теплоты, но и температурный потенциал этой теплоты, то есть её способность к совершению работы в данных условиях окружающей среды. Теплота же сама по себе не дает информации о возможности её преобразования в работу.
Рассмотрим варианты ответов:
- 1. Потому что она учитывает количество теплоты и температуру окружающей среды. Неполный ответ, так как не учитывает температуру самой системы.
- 2. Потому что она учитывает температуры окружающей среды и системы и количество теплоты. Этот ответ наиболее полно отражает суть эксергии теплоты.
- 3. Потому что она учитывает температуру окружающей среды и системы. Неполный ответ, так как не учитывает количество теплоты.
- 4. Потому что она учитывает температуру окружающей среды и системы, количества теплоты и затрачиваемую работу на перекачивание теплоносителя. Затрачиваемая работа на перекачивание теплоносителя относится к техническим аспектам реализации процесса, а не к фундаментальному определению эксергии теплоты как термодинамической функции.
- 5. Потому что она учитывает температуру системы и количество теплоты. Неполный ответ, так как не учитывает температуру окружающей среды.
Правильный ответ: 2. Потому что она учитывает температуры окружающей среды и системы и количество теплоты.