Меню

Определите коэффициент полезного действия атомной электростанции расходующей за неделю

Определите коэффициент полезного действия атомной электростанции расходующей за неделю

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. При производстве электрической энергии только часть (кинетической, тепловой и т.д.) преобразуется в электрическую энергию, остальное выделяется в виде тепла Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»). η = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:

где А — полезная работа, а Q — затраченная энергия.

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.

КПД теплового двигателя — отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле:

где Q1 — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q2 — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах горячего источника T1 и холодного T2, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен:

Тепловой КПД электростанций

При производстве электрической энергии часть тепловой энергии утилизируется на теплоснабжение. Соотношение между потраченной энергией и утилизированной, выраженное в процентах называется тепловым КПД.

Общий или суммарный КПД электростанций

Сумма КПД электрического и теплового КПД называется КПД использования топлива. Чем выше электрический и суммарный КПД, тем экономичнее работа электростанции. На АЭС и ГРЭС чаще всего тепло не используется и суммарный КПД равен электрическому. При расчете технико-экономического обоснования строительства (ТЭО) станции берется суммарный КПД. При выполнении проета отдельно разрабатывается схема выдачи электрической и тепловой мощности. Для стимулирования более высокого коэффициента использования топлива принят ФЗ-261 энергосбережение и о повышении энергетической эффективности.

Электрический КПД станций, работающие на сжигании органического топлива

При сжигании органического топлива для расчетов КПД берется удельная теплоемкость топлива.

Источник

Тренировочные материалы по физике (стр. 9 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

«Красная граница» фотоэффекта νкр

Запирающее напряжение Uзап

Одним из примеров ядерных превращений является захват ядром одного из ближайших к нему электронов из электронной оболочки атома. Как меняются при этом число нейтронов и число протонов в ядре?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Число нейтронов в ядре

Число протонов в ядре

На металлическую пластинку падает монохроматическая электромагнитная волна, выбивающая из неё электроны. Максимальная кинетическая энергия электронов, вылетевших из пластинки в результате фотоэффекта, составляет
6 эВ, а энергия падающих фотонов в 3 раза больше работы выхода из металла. Чему равна работа выхода электронов из металла?

Читайте также:  Чем полезны цветы вишни

Ответ: __________________ эВ.

Значения энергии электрона в атоме водорода задаются формулой

, n = 1, 2, 3, . . При переходах с верхних уровней энергии на нижние атом излучает фотон. Переходы с верхних уровней на уровень с образуют серию Лаймана; на уровень с – серию Бальмера; на уровень с – серию Пашена и т. д. Найдите отношение β максимальной частоты фотона в серии Лаймана к максимальной частоте фотона в серии Бальмера.

Определите коэффициент полезного действия атомной электростанции, расходующей за неделю уран-235 массой 1,4 кг, если её мощность равна 38 МВт. При делении одного ядра урана-235 выделяется энергия
200 МэВ.

Ответы и критерии оценивания

Значения энергии электрона в атоме водорода задаются формулой

, n = 1, 2, 3, . . При переходах с верхних уровней энергии на нижние атом излучает фотон. Переходы с верхних уровней на уровень с образуют серию Лаймана; на уровень с – серию Бальмера; на уровень с – серию Пашена и т. д. Найдите отношение β максимальной частоты фотона в серии Лаймана к максимальной частоте фотона в серии Бальмера.

В серии Лаймана энергия фотона равна , где n = 2, 3, . . Аналогично в серии Бальмера энергия фотона равна , где n = 3, 4, . .

Частота фотона связана с его энергией равенством , где h – постоянная Планка. Поэтому

Ответ:

Критерии оценивания выполнения задания

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: формула для энергии фотона, постулаты Бора);
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений величин, используемых в условии задачи и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

III) проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

IV) представлен правильный ответ

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков:

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.).

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Читайте также:  Соленая семга полезна ли она

Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины)

Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и получение ответа.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Определите коэффициент полезного действия атомной электростанции, расходующей за неделю уран-235 массой 1,4 кг, если её мощность равна 38 МВт. При делении одного ядра урана-235 выделяется энергия
200 МэВ.

Коэффициент полезного действия электростанции , где
– энергия, вырабатываемая электростанцией, – энергия, выделяющаяся в результате ядерных реакций деления урана. В свою очередь, где – мощность электростанции, – время её работы, а , где – энергия, выделяющаяся в результате деления одного ядра урана, – количество распавшихся ядер урана. Молярная масса урана-235 равна кг/моль, следовательно, число распавшихся атомов можно связать с массой урана соотношением: . В итоге, получаем:

Ответ:

Критерии оценивания выполнения задания

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: выражения для КПД; энергии, выделяющейся при ядерных реакциях; количества распавшихся ядер);
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений величин, используемых в условии задачи и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

III) проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков:

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.).

Читайте также:  Полезная модель это результат интеллектуальной деятельности

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины)

Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и получение ответа.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Источник

Атомная станция мощностью 1000 МВт имеет КПД 20%. Определите массу расходуемого

Условие задачи:

Атомная станция мощностью 1000 МВт имеет КПД 20%. Определите массу расходуемого за сутки урана-235, если при делении ядра урана выделяется энергия 200 МэВ.

Задача №11.10.7 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

\(P=1000\) МВт, \(\eta=20\%\), \(t=1\) сут, \(E_0=200\) МэВ, \(m-?\)

Решение задачи:

Коэффициент полезного действия (КПД) атомной станции \(\eta\) определим как отношение полезной работы \(A_п\) к затраченной работе \(A_з\), то есть:

Полезную работу \(A_п\) легко найти как произведение мощности атомной станции \(P\) на время работы \(t\), поэтому:

Затраченная работа \(A_з\) равна энергии \(E\), которая выделяется при делении ядер урана массой \(m\).

Очевидно, что энергия \(E\) равна произведению количества атомов (ядер) \(N\) урана-235, содержащихся в массе \(m\), на энергию, выделяющуюся при делении одного ядра изотопа урана-235 \(E_0\), то есть:

Чтобы определить количество атомов (ядер) изотопа урана-235 \(N\) в массе \(m\), запишем две формулы определения количества вещества \(\nu\):

Здесь \(N_А\) – постоянная Авогадро, равная 6,022·10 23 моль -1 , \(M\) – молярная масса изотопа урана-235, равная 0,235 кг/моль. Тогда:

Подставим выражение (5) в формулу (4), тогда:

Учитывая (3), имеем:

Подставим выражения (2) и (6) в формулу (1), тогда получим:

Откуда искомая масса \(m\) равна:

Задача решена в общем виде, подставим данные задачи в полученную формулу и посчитаем численный ответ (1 эВ = 1,6·10 -19 Дж):

Ответ: 5,27 кг.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Источник