Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 12822
2020-01-22 
В лаборатории работает криостат - установка для поддержания в рабочей камере очень низкой температуры. В описываемом случае эта температура составляет всего $3 \cdot 10^{-6} К$, и установка при работе потребляет от электросети мощность 10 кВт. Мощность установки можно еще увеличить на 10&37;. Теоретики, толпой обступившие установку, начинают громко спорить о том, является ли эта установка идеальной тепловой машиной (работающей по обращенному циклу) или не является. При этом уровень шума (мощность звуковых волн, падающих на единицу площади поверхности) достигает величины 1/10000 $Вт/м^{2}$. Хватит ли запаса мощности установки, чтобы поддерживать и в этих условиях нужную температуру в рабочей камере? Полная площадь наружных стенок криостата составляет $0,5 м^{2}$. Считайте, что практически вся энергия звуковых волн поглощается при падении на наружную поверхность криостата и рассеивается внутри холодной камеры.
Решение:
Считая систему отвода тепла от холодной рабочей камеры идеальной обращенной тепловой машиной, получим соотношение между работой машины $A$ и количеством отданного помещению тепла $Q$:
$\frac{A}{Q} = 1 - \frac{T_{к} }{T_{п} }$,
где $T_{п} = 300 К$. При этом тепло, отнимаемое от холодной камеры, составляет
$q = Q - A = A \frac{T_{к} }{T_{п} }$.
Теперь подсчитаем тепловую мощность, дополнительно отбираемую от камеры криостатом, и сравним ее с мощностью звуковых воли, поступающей в камеру:
$0,1 \cdot 10^{4} \frac{3 \cdot 10^{-6}}{3 \cdot 10^{2} } Вт = 10^{-5} Вт < 0,5 \cdot 10^{-4} Вт = 5 \cdot 10^{-5} Вт$.
Видно, что запас мощности примерно в 5 раз меньше необходимой величины и вред от теоретиков существенно превышает пользу от них же (подсказка об обращенной тепловой машине).
В лаборатории работает криостат - установка для поддержания в рабочей камере очень низкой температуры. В описываемом случае эта температура составляет всего $3 \cdot 10^{-6} К$, и установка при работе потребляет от электросети мощность 10 кВт. Мощность установки можно еще увеличить на 10&37;. Теоретики, толпой обступившие установку, начинают громко спорить о том, является ли эта установка идеальной тепловой машиной (работающей по обращенному циклу) или не является. При этом уровень шума (мощность звуковых волн, падающих на единицу площади поверхности) достигает величины 1/10000 $Вт/м^{2}$. Хватит ли запаса мощности установки, чтобы поддерживать и в этих условиях нужную температуру в рабочей камере? Полная площадь наружных стенок криостата составляет $0,5 м^{2}$. Считайте, что практически вся энергия звуковых волн поглощается при падении на наружную поверхность криостата и рассеивается внутри холодной камеры.
Решение:
Считая систему отвода тепла от холодной рабочей камеры идеальной обращенной тепловой машиной, получим соотношение между работой машины $A$ и количеством отданного помещению тепла $Q$:
$\frac{A}{Q} = 1 - \frac{T_{к} }{T_{п} }$,
где $T_{п} = 300 К$. При этом тепло, отнимаемое от холодной камеры, составляет
$q = Q - A = A \frac{T_{к} }{T_{п} }$.
Теперь подсчитаем тепловую мощность, дополнительно отбираемую от камеры криостатом, и сравним ее с мощностью звуковых воли, поступающей в камеру:
$0,1 \cdot 10^{4} \frac{3 \cdot 10^{-6}}{3 \cdot 10^{2} } Вт = 10^{-5} Вт < 0,5 \cdot 10^{-4} Вт = 5 \cdot 10^{-5} Вт$.
Видно, что запас мощности примерно в 5 раз меньше необходимой величины и вред от теоретиков существенно превышает пользу от них же (подсказка об обращенной тепловой машине).
