Question

𓆩 (*´▽`*)✿𓆪

熱機関の仕組みが分かりません。

1秒間に、5.4×10^6Jの熱を取り込こむ。そのうち15%で仕事をして残りは放出する。放出した熱は全て水蒸気を水にするために使われる。
ということですか？

水蒸気を水にするときは熱を奪わなければいけくないですか？

熱を仕事に変える装置を熱機関という。 熱機関が高熱源から取りこんだ熱量をQ] [J],
利用されずに外部(低温の熱源)に捨てられる熱量をQ2[J] とする。このとき,その差
W=Q1 Q2 が仕事に変えられる。 ある蒸気機関の復水器 (冷却器)では,仕事をしたあと
に捨てられる 100℃の水蒸気を毎秒2.0kg ずつ100℃の水にもどしている。そして,この
復水をむだにせずに、 再び高温高圧の水蒸気へ加熱して蒸気機関を動かしている。 100℃の水
の蒸発熱は2.3×103J/g である。この蒸気機関の熱効率が15%であったとする。また, 重
TCA
力加速度の大きさを 9.8m/s2 とする。
(1) 仕事に変わることなく, 蒸気機関から外部の低熱源へ放出される熱量は毎秒何Jか。
(2)この蒸気機関は高熱源から毎秒何Jの熱を取り入れているか。

(1)1秒間に放出される水蒸気の量は 2.0kg = 2.0×103g である。 100℃の水
蒸気を 100℃ の水にもどすから, 水蒸気 1g当たりの放出熱量が 2.3×10°J
より, 1秒間に放出される熱量 Q2 〔J] は
Q2 = 2.0×10°×2.3×10=4.6×10°J
(2)この熱機関が1秒間に取り入れる熱量を Q1 〔J] とする。 仕事に変わるのは
QQ2 であり、 熱効率が15%だから
Q-4.6 × 10
Q1
15
=
Q1=5.41.×10°
よって Q1 = 5.41... ×10≒5.4×10°J
100

Answer 1

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TAA

「放出した熱は全て水蒸気を水にするために使われる」

→逆です。

「熱々の水蒸気が冷却器で冷やされ、水になったときにQ2の熱が放出される」です。

水蒸気から水に凝結する際、熱は放出されます。水蒸気の分子より水分子の方がエネルギーが小さいので、その差分が外に放出されるからです。

𓆩 (*´▽`*)✿𓆪

冷却器で水蒸気が冷やされるということは、水蒸気の熱量（Q2）が冷却器に移動することと同義だと思うのですが、Q2は冷却器から放出される熱量ではないんですか？

蒸気機関から水蒸気が出てそれが冷却器で冷やされるとして、蒸気機関から出た水蒸気が全て冷却器で冷やされるとは限らないのではないですか？

TAA

Q2は「冷却器から水蒸気に放出」される熱量ではなくて、
「水蒸気から外部に放出」される熱量です。

熱源や冷却器は蒸気機関の外部から熱を加えたり吸収したりするものなので、

蒸気機関内の外部との熱のやりとりは「水」を介して行われる、と考えた方がいいです。

「水」を外部の熱源からQ1の熱を加えて水蒸気にする

→その「水蒸気」からWの熱量を外部の仕事に変換する

→残ったQ2を水蒸気から外部の冷却器に放出し、水に戻す

蒸気機関から出た水蒸気は、この図からわかるように全て外部の冷却器により冷やされて水に変換されると考えていいでしょう。

https://hr-inoue.net/zscience/topics/heat/heat.html

𓆩 (*´▽`*)✿𓆪

ありがとうございます！！