Heat engines MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Heat engines - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

अवधारणा:

तापमान आधारित दक्षता:

η = $1-\frac{T_C}{T_H}$

गणना:

⇒ $(1-\frac{324}{T_H})=\frac{300-180}{300}$

⇒ $1-\frac{2}{5}=\frac{324}{T_H}$

⇒ $T_H=\frac{324\times 5}{3}=540$

∴ इस ऊष्मा इंजन के लिए गर्म जलाशय का न्यूनतम तापमान 540 K है।

अवधारणा:

इस समस्या को हल करने के लिए, हम एक ऊष्मा इंजन की दक्षता के लिए सूत्र का उपयोग करते हैं:

η = $1-\frac{T_2}{T_1}$

गणना:

दोनों मामलों के लिए दक्षता

⇒ ${\eta }_1=1-\frac{420}{720}=\frac{300}{720}$

⇒ ${\eta }_2=1-\frac{320}{1220}=\frac{900}{1220}$

⇒ $\frac{{\eta }_1}{{\eta }_2}=\frac{300}{720}\times \frac{1220}{900}\simeq 0.56$

∴ अनुपात $\frac{{\eta }_1}{{\eta }_2}$ 0.56 होगा।

अवधारणा:

• तापीय इंजन एक ऐसा उपकरण है जो निरंतर तापीय ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
• तापीय इंजन में निम्नलिखित आवश्यक भाग होते हैं
  • स्रोत
  • सिंक
  • कार्य करने वाला पदार्थ

व्याख्या:

• तापीय इंजन में, कार्य करने वाला पदार्थ उच्च तापमान T₁ पर स्रोत से ऊष्मा Q₁ की एक निश्चित मात्रा को अवशोषित करता है और इस तापीय  ऊर्जा के एक हिस्से को यांत्रिक कार्य W में बदलता है, और शेष ऊष्मा Q₂ को कम तापमान T₂ पर सिंक में अस्वीकार कर देता है।
• एक चक्र में किए गए कार्य (W) को कुछ व्यवस्था द्वारा पर्यावरण में स्थानांतरित किया जाता है, उदाहरण के लिए, काम करने वाला पदार्थ एक चलती पिस्टन के साथ एक सिलेंडर में हो सकता है जो यांत्रिक ऊर्जा को एक शाफ्ट के माध्यम से वाहन के पहियों में स्थानांतरित करता है।

Additional Information

• स्रोत: यह उच्च तापमान T₁ पर एक ऊष्मा जलाशय है। यह माना जाता है कि इसकी एक अनंत तापीय क्षमता है इस प्रकार कि, इसका तापमान बदले बिना इससे कितनी भी ऊष्मा ग्रहण की जा सकती है।
• सिंक: यह कम तापमान T₂ पर एक ऊष्मा जलाशय है। इसमें अनंत तापीय ताप क्षमता भी होती है ताकि इसका तापमान बदले बिना इसमें कितनी  मात्रा ऊष्मा प्रदान की जा सकती है
• कार्य करने वाला पदार्थ: ठोस, तरल या गैस जैसी कोई भी सामग्री है जो यांत्रिक कार्य करता है जब उसे ऊष्मा की आपूर्ति की जाती है।

संकल्पना:

• आदर्श ऊष्मा इंजन वह होता है जो अनुत्क्रमणीय तरीके से संचालित होता है या ऐसा इंजन होता है जो कार्नोट चक्र का अनुसरण करता है और जिसमें कोई आंतरिक घर्षण और अदक्षता नहीं होती है, लेकिन जो मूलभूत होते हैं।
• कोई भी ऊष्मा इंजन एक अनुत्क्रमणीय कार्नोट ऊष्मा इंजन से अधिक दक्षता नहीं रख सकता।
• समान दो तापमान कुंडों के बीच संचालन करते समय सभी अनुत्क्रमणीय ऊष्मा इंजन की दक्षता समान होती है।

कार्नोट चक्र की दक्षता (η):

• इसे प्रति चक्र गैस किए गए कुल यांत्रिक कार्यों (W) एवं स्रोत (Q1) से प्रति चक्र अवशोषित ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

$\eta =\frac{W}{Q_1}=1-\frac{T_2}{T_1}$

जहां T1 = स्रोत का तापमान और T2 = सिंक का तापमान।

व्याख्या:

कार्नोट इंजन की दक्षता:

$\eta =1-\frac{T_2}{T_1}$

• उपरोक्त समीकरण से यह बहुत स्पष्ट है कि ऊष्मा इंजन की दक्षता स्रोत और सिंक के तापमान पर निर्भर करती है और यह कार्यशील पदार्थ की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है।
• इसलिए सिंक के तापमान (T2) को कम करके या स्रोत के तापमान (T1) को बढ़ाकर ऊष्मा इंजन की दक्षता को बढ़ाया जा सकता है। तो विकल्प 2 सही है।

अवधारणा:

• आदर्शित ऊष्मा इंजन वह होता है जो उत्क्रमणीय तरीके से संचालित होता है या ऐसा इंजन होता है जो कार्नोट चक्र का अनुसरण करता है और जिसमें कोई आंतरिक घर्षण और अक्षमता नहीं होती है, लेकिन जो मूलभूत है वह विद्यमान रहता हैं।
• किसी भी ऊष्मा इंजन में उत्क्रमणीय ताप इंजन से अधिक दक्षता नहीं हो सकती है।

• ऊष्मा इंजन ताप स्रोत / संग्राहक से ऊष्मा प्राप्त है और कार्य करता है।
• काम करने के बाद, अतिरिक्त ऊष्मा को ऊष्मा इंजन के ऊष्मा सिंक से बाहर निकाल दिया जाता है।
• ऊष्मा स्रोत उच्च तापमान (T_H) पर है और ऊष्मा सिंक निम्न तापमान (T_L) पर है।

व्याख्या:

• ऊष्मा सिंक का उपयोग इंजन द्वारा कार्य करने के बाद ऊष्मा इंजन से अतिरिक्त ऊष्मा को बाहर करने के लिए किया जाता है। तो विकल्प 2 सही है।

अवधारणा: 

ऊष्मा इंजन:

HE: ऊष्मा इंजन

TH: स्रोत / गर्म कुंड का तापमान और TL: सिंक / शीत कुंड का तापमान

Q1: स्रोत से अवशोषित ऊष्मा और Q2: सिंक को अवमुक्त ऊष्मा

W: किया गया कार्य

• एक ऊष्मा इंजन की दक्षता (η) को निम्न रूप में परिभाषित किया गया है:

$\eta =\frac{\text{Work done by heat engine}}{\text{Heat absorbed from the source}}$

अब, W = Q1 - Q2 

$\therefore \eta =\frac{W}{Q_1}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}=1-\frac{Q_2}{Q_1}$

गणना:

दिया हुआ - दक्षता (η) = 0.8 और ऊष्मा इंजन द्वारा किया गया कार्य = 24kJ

• एक ऊष्मा इंजन की दक्षता (η) को निम्न रूप में परिभाषित किया गया है

$\Rightarrow \eta =\frac{W}{Q_1}$

उपरोक्त समीकरण निम्न रूप में लिखा जा सकता है

$\Rightarrow Q_1=\frac{W}{\eta }$

$\Rightarrow Q_1=\frac{24kJ}{0.8}=30kJ$

• किए गए कार्य की मात्रा निम्न है

⇒ W = Q1 - Q2 

⇒ Q2 = Q1 - W 

⇒ Q2 = 30 kJ - 24 kJ = 6 kJ

संकल्पना:

कार्नोट इंजन:

• सैद्धांतिक इंजन जो कार्नोट चक्र पर कार्य करता है उसे कार्नोट इंजन कहा जाता है।
• यह सभी प्रकार के ताप इंजन में से अधिकतम संभव दक्षता प्रदान करता है।

इंजन के मुख्यतः तीन भाग होते हैं

ताप स्रोत:

• कार्नोट इंजन का वह भाग जो इंजन को ताप (ऊष्मा) प्रदान करता है, ताप स्रोत कहलाता है।
• इस स्रोत का तापमान सभी भागों में अधिकतम होता है।

ताप अभिगम:

• कार्नोट इंजन का वह भाग जिसमें ताप की अतिरिक्त मात्रा को इंजन द्वारा अस्वीकार कर दिया जाता है, ताप अभिगम कहलाता है।
• इस भाग का तापमान सबसे कम होता है।

कार्य:

• इंजन द्वारा किए गए काम की मात्रा को कार्य कहा जाता है।

कार्नोट इंजन की दक्षता (η) निम्न द्वारा दी गई है:

$\eta =1-\frac{T_C}{T_H}=\frac{Workdone\left(W\right)}{Q_{in}}$

जहां TC अभिगम  का तापमान है, TH स्रोत का तापमान है, W इंजन द्वारा किया गया कार्य है और Qin इंजन को दी गई ऊष्मा है (ऊष्मा निविष्ट)।

व्याख्या:

दिया गया है,

TH  = ऊष्मा स्त्रोत का तापमान  = 227 °C = 273 +227 = 500 K

इंजन की दक्षता (η)  = 40% = 0.4

$\eta =1-\frac{T_C}{T_H}$

$0.4=1-\frac{T_C}{500}$

TC = 0.6 × 500 = 300 K

अभिगम  का तापमान  = TC = 300 K = 300-273 = 27 °C.

अवधारणा:

प्रशीतक या ऊष्मा पम्प:

• एक प्रशीतक या ऊष्मा पम्प मूल रूप से एक ऊष्मा इंजन है जो विपरित दिशा में चलता है।
• इसमें अनिवार्य रूप से तीन भाग होते हैं

1. स्रोत (वायुमंडल)): उच्च तापमान T₁ पर।
2. कार्यशील पदार्थ: इसे शीतलक तरल अमोनिया कहा जाता है और फ्रीऑन एक कार्यशील पदार्थ के रूप में काम करता है।
3. सिंक (एक प्रशीतक की सामग्री): निम्न तापमान T₂ पर।

व्याख्या:

• जैसा कि हम जानते हैं कि प्रशीतक एक बाहरी एजेंट द्वारा उसे आपूर्ति की जाने वाली यांत्रिक ऊर्जा की कीमत पर एक शीत से तप्त निकाय में ऊष्मा स्थानांतरित करता है।
• यदि रेफ्रिजरेटर का दरवाजा खुला रखा जाता है तो कमरा गर्म हो जाएगा, क्योंकि तब प्रशीतक पहले की तुलना में कमरे में अधिक ऊष्मा का निकास करता है।
• इस तरह से कमरे का तापमान बढ़ जाता है और कमरा गर्म हो जाता है। इसलिए विकल्प 1 सही है।
• जैसा कि हम जानते हैं कि ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के अनुसार कोई भी प्रशीतक कुशल नहीं होता है।
• इस प्रकार यह कमरे से उतनी अधिक ऊष्मा को बाहर निकालता है जितनी यह उससे निस्सारित करता है। इस प्रकार, एक कमरे को प्रशीतक के दरवाजे को खुला रखकर ठंडा नहीं किया जा सकता है।

अवधारणा:

• तापीय इंजन की दक्षता को एक चक्र में इंजन द्वारा किए गए कुल कार्य और स्रोत से काम करने वाले पदार्थ द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

ऊष्मा इंजन की दक्षता निम्न द्वारा दी जाती है:

$\eta =1-\frac{Q_2}{Q_1}$ (जहाँ Q2 अस्वीकार की गई ऊष्मा है Q1 अवशोषित ऊष्मा है )

गणना:

दिया गया है:

Q1= 1000 J,Q₂ = 600 J 

हम जानते हैं कि ऊष्मा इंजन की दक्षता है:

$\eta =1-\frac{Q_2}{Q_1}$=$1-\frac{600}{1000}$= 0.4 = 40% (मान रखने पर हमें प्राप्त होगा)

अतः एक ऊष्मा इंजन की दक्षता 40% है

अवधारणा:

• ऊष्मा इंजन: आदर्शित ऊष्मा इंजन वह होता है जो उत्क्रमणीय तरीके से संचालित होता है या इंजन जो कि कार्नोट चक्र का अनुसरण करता है और जिसमें मूलभूत को छोड़कर, कोई आंतरिक घर्षण और निष्फलता नहीं होती है।
  • किसी भी ऊष्मा इंजन में उत्क्रमणीय कार्नोट ऊष्मा इंजन से अधिक दक्षता नहीं हो सकती है।
  • एक ही दो तापमान जलाशयों के बीच संचालन के दौरान सभी उत्क्रमणीय ताप इंजन की दक्षता समान होती है।
• एक ऊष्मा इंजन की दक्षता (η) : इसे गैस के प्रति चक्र कुल यांत्रिक कार्य (W) और स्रोत से प्रति चक्र में अवशोषित ऊष्मा की मात्रा के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

$\eta =\frac{W}{Q_1}=1-\frac{T_2}{T_1}$

जहां T1 = स्रोत का तापमान और T2 = सिंक का तापमान, W किया गया कार्य है और Q₁ गर्म कुंड से प्राप्त ऊष्मा है। 

गणना:

दिया गया है:

Q₁ = 750 J और W = 450 J

ऊष्मा इंजन की दक्षता निम्न द्वारा दी गई है:

η = (W/Q₁ ) = (450/750) = 0.6 

तो विकल्प 4 सही है।

धारणा:

• कार्नो चक्र की दक्षता (η) : स्रोत (Q1) से प्रति चक्र अवशोषित उष्मित ऊर्जा की मात्रा को गैस (W) के प्रति चक्र पर किए गए कुल यांत्रिक कार्यों का अनुपात कार्नो चंक्र की दक्षता को परिभाषित करता है।

सूत्र:

 $\eta =\frac{W}{Q_1}$

जैसा कि इंजन द्वारा प्रति चक्र किया गया कार्य है:

W = Q1 – Q2

जहाँ, Q1 = स्रोत से प्रति चक्र अवशोषित ऊष्मा ऊर्जा  और Q2 =सिंक से प्रति चक्र अवशोषित ऊर्जा।

$\therefore \eta =\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}=1-\frac{Q_2}{Q_1}$

जिस तरह $\frac{Q_2}{Q_1}=\frac{T_2}{T_1}$

$\therefore \eta =1-\frac{T_2}{T_1}$

जहाँ T1 =सिंक का तापमान और T2 =स्त्रोत का तापमान

गणना:

दिया गया, η₁= 40%, T₁ = 500K, T₂ = नि:शेष तापमान ,η₂ = 50%, 

पहली स्थिति में कार्नो इंजन की दक्षता।

$\frac{40}{100}=1-\frac{T_2}{500}$ = 300 K

T₂ = 300 K

दूसरी स्थिति में कार्नो इंजन की दक्षता

$\frac{50}{100}=1-\frac{300}{T_1}=600K$

T₁ = 600 K

समान नि:शेष तापमान के लिए ली गयी तापमान 600K है।

अवधारणा:

• भाप इंजन: एक ऊष्मा इंजन जो यांत्रिक कार्य करने के लिए अपने कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में भाप का उपयोग करता है, भाप इंजन कहलाता है।
  • भाप के दबाव से उत्पन्न बल का उपयोग इंजन द्वारा एक सिलेंडर के अंदर पिस्टन को आगे-पीछे करने के लिए किया जाता है।
  • यह धकेलनेवाला बल कार्य के लिए एक घूर्णी बल में बदल जाता है।

भाप इंजन की दक्षता इसके द्वारा दी जाती है

η = W/H

जहां η दक्षता है; W किया गया कार्य है और H अवशोषित ऊष्मा है।

गणना:

दिया गया है किप्रति मिनट कार्य W = 4.8 kJ और प्रति मिनट अवशोषित ऊष्मा H = 6 kJ;

एक भाप इंजन की दक्षता

η = W/H

$\eta =\frac{4.8}{6}=0.8$

$\eta =0.8\times 100=80$

η% = 0.8 × 100 = 80%

तो सही उत्तर विकल्प 3 है।

संकल्पना: 

ऊष्मा इंजन​:

HE: ऊष्मा इंजन

TH: स्त्रोत का तापमान / तप्त जलाशय और TL: सिंक का तापमान  / ठंडा जलाशय

Q1: स्त्रोत द्वारा अवशोषित ऊष्मा और Q2: सिंक द्वारा अस्वीकृत ऊष्मा

W: किया गया कार्य

• ऊष्मा इंजन की दक्षता(η) को निम्न रुप से परिभाषित किया जाता है:

$\eta =\frac{\text{Work done by heat engine}}{\text{Heat absorbed from the source}}$

अब, W = Q1  - Q2 

$\therefore \eta =\frac{W}{Q_1}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}=1-\frac{Q_2}{Q_1}$

स्पष्टीकरण:

• एक रेफ्रिजरेटर या ऊष्मा पंप मूल रूप से एक ऊष्मा इंजन है जो विपरीत दिशा में चलता है। इसलिए 1 और 3 गलत हैं।
• ऊष्मा इंजन एक ऐसा उपकरण है जो चक्रीय प्रक्रम के माध्यम से ऊष्मा को लगातार कार्य में रुपांतरित करता है। इसलिए 2 सही है।

अवधारणा:

• आदर्शित ऊष्मा इंजन वह होता है जो उत्क्रमणीय तरीके से संचालित होता है या ऐसा इंजन होता है जो कार्नोट चक्र का अनुसरण करता है और जिसमें कोई आंतरिक घर्षण और अक्षमता नहीं होती है, लेकिन जो मूलभूत है वह विद्यमान रहता हैं।
• किसी भी ऊष्मा इंजन में उत्क्रमणीय ताप इंजन से अधिक दक्षता नहीं हो सकती है।

• ऊष्मा इंजन ताप स्रोत / संग्राहक से ऊष्मा प्राप्त है और कार्य करता है।
• काम करने के बाद, अतिरिक्त ऊष्मा को ऊष्मा इंजन के ऊष्मा सिंक से बाहर निकाल दिया जाता है।
• ऊष्मा स्रोत उच्च तापमान (T_H) पर है और ऊष्मा सिंक निम्न तापमान (T_L) पर है।

व्याख्या:

• ऊष्मा सिंक का उपयोग इंजन द्वारा कार्य करने के बाद ऊष्मा इंजन से अतिरिक्त ऊष्मा को बाहर करने के लिए किया जाता है। तो विकल्प 2 सही है।

अवधारणा: 

ऊष्मा इंजन:

HE : ऊष्मा इंजन

TH : स्रोत का तापमान / गर्म कुंड और TL : सिंक का तापमान / शीत कुंड

Q1 : स्रोत से अवशोषित ऊष्मा और Q2 :सिंक को अस्वीकृत ऊष्मा

W : कार्य

• ऊष्मा इंजन की दक्षता (η) को निम्न के रूप में परिभाषित किया गया है:

$\eta =\frac{\text{Work done by heat engine}}{\text{Heat absorbed from the source}}$

अब, W = Q1  - Q2 

$\therefore \eta =\frac{W}{Q_1}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}=1-\frac{Q_2}{Q_1}$

गणना :

दिया गया है:

दक्षता(η) = 0.75 और सिंक को अस्वीकृत ऊष्मा (Q₂) = 40kJ = 40 × 10³ J

• ऊष्मा इंजन की दक्षता (η) को निम्न के रूप में परिभाषित किया गया है:

$\Rightarrow \eta =1-\frac{Q_2}{Q_1}$

उपरोक्त समीकरण को इस रूप में लिखा जा सकता है

$\Rightarrow Q_1=\frac{Q_2}{1-\eta }$

$\Rightarrow Q_1=\frac{40\times {10}^3}{1-0.75}=160\times {10}^3=160kJ$

⇒ W = Q1  - Q2 

⇒ W = 160kJ - 40kJ = 120 kJ