Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Глава 8. Основы термодинамики





Контрольные вопросы

1. Что изучает термодинамика? Какие три закона составляют ее основу?

2. Из каких компонентов складывается внутренняя энергия термодинамической системы?

3. Из каких составляющих состоит внутренняя энергия идеального газа?

4. Сформулируйте первое начало термодинамики и поясните его методологическое значение.

5. Как найти работу газа в любом элементарном процессе? Как вычислить его работу в конечном процессе?

6. Что понимается под теплоемкостью системы, удельной теплоемкостью вещества и молярной теплоемкостью?

7. Произведите анализ изопроцессов на основе первого начала термодинамики. Почему С Рm > СVm ?

8. Выведите уравнение Пуассона и проанализируйте адиабатический процесс на основе первого начала термодинамики.

9. Что значит равномерное распределение энергии по степени свободы? Запишите общие формулы для вычисления С Рm и СVm на основе классической теории теплоемкости идеального газа.

10. Проанализируйте цикл тепловой машины и запишите формулу для нахождения КПД любого цикла.

11. Какова особенность цикла Карно? Чему равен КПД обратимого цикла Карно?

12. Приведите различные формулировки второго начала термодинамики.

13. Что такое энтропия? Как найти ее изменение в произвольном обратимом процессе?

14. В чем состоит статистический смысл второго начала термодинамики?

15. Поясните смысл выражения: «Энтропия есть мера обесцененности внутренней энергии системы».

Основные формулы

Внутренняя энергия одного моля идеального газа

,

где k - постоянная Больцмана, i - число степеней свободы движения молекулы газа, Т - температура, NA- число Авогадро.

Молярная теплоемкость газа при постоянном объеме



,

где R - универсальная газовая постоянная.

 

Молярная теплоемкость газа при постоянном давлении

.

1-е начало термодинамики

.

Работа газа при расширении

.

Теплоемкость термодинамической системы

.

Работа в изопроцессах:

а) при постоянном давлении (P = const)

;

б) при постоянной температуре (T = const)

;

в) при постоянном объеме (V = const)

;

г) адиабатический процесс ( , где g = ) dQ = 0

 

 

Коэффициент полезного действия тепловой машины

,

где А - работа, Q1- тепло полученное от нагревателя, Q2- тепло отданное холодильнику.

 

 

Коэффициент полезного действия цикла Карно

,

где T1 - температура нагревателя, Т2- температура холодильника.

Разность энтропий двух состояний А и В (изменение энтропии в процессе А®В) определяется формулой

Методические указания

1. При решении задач на первое начало термодинамики прежде всего необходимо установить характер процесса, протекающего в газе.

2. В изохорном и изобарном процессе , где Сm = СVm - в изохорном процессе, Сm = СРm - в изобарном процессе. Так как обе молярные теплоемкости больше нуля, то знак dQ совпадает со знаком dT. Значит, при нагревании (dT > 0) газ тепло получает (dQ > 0), при охлаждении - отдает тепло (dQ < 0).

3. При изотермическом процессе dT = 0, dQ может быть больше и меньше нуля. При адиабатическом процессе dQ = 0, хотя газ может нагреваться (dT > 0), если над ним совершают работу внешние силы, или охлаждаться (dT < 0), если он сам совершает работу за счет своей внутренней энергии.

4. При решении задач на расчет изменения энтропии следует помнить, что:

а) энтропия является функцией состояния;

б) энтропия системы равна сумме энтропий ее частей (свойство аддитивности).

5. Если переход тела из начального состояния в конечное осуществляется несколькими последовательными процессами, то полное изменение энтропии равно алгебраической сумме изменений энтропии в каждом процессе. Формула дает изменение энтропии при переходе тела из состояния 1 в состояние 2. Расчет изменения энтропии в различных процессах будет ясен после решения задач 23-29.

ЗАДАЧИ

160. Найти внутреннюю энергию массы 20 г кислорода при температуре 10оС. Какая часть этой энергии приходится на долю поступательного движения молекул и какая часть на долю вращательного движения?

[3,7 кДж]

161. Энергия поступательного движения молекул азота, находящегося в баллоне объемом 20 л, 5 кДж, а средняя квадратичная скорость его молекул 2Ч103м/с. Найти массу азота в баллоне и давление, под которым он находится.

[2,5 г; 167 кПа]

162. Масса 1 кг двухатомного газа находится под давлением 80 кПа и имеет плотность 4 кг/м3. Найти энергию теплового движения молекул газа при этих условиях.

[50 кДж]

163. Какое число молекул двухатомного газа содержит объем 10 см3 при давлении 5,3 кПа и температуре 27оС? Какой энергией теплового движения обладают эти молекулы?

[1,3×1019; 0,133 Дж]

164. Найти удельную теплоемкость c кислорода для: а) V = const; б) p = const.

[650; 910 Дж/кг×К]

165. Найти удельную теплоемкость при постоянном давлении: а) хлористого водорода; б) неона; в) окиси азота; г) окиси углерода; д) паров ртути.

[800; 1025; 970; 1040;103 Дж/кг×К]

166. Найти удельную теплоемкость при постоянном давлении газовой смеси, состоящей из 3 кмоль аргона и 2 кмоль азота.

[847 Дж/кг×К]

167. Найти отношение cp/cV для газовой смеси, состоящей из 8 г гелия и 16 г кислорода.

[1,59]

168. Удельная теплоемкость газовой смеси, состоящей из 1 кмоль кислорода и некоторой массы аргона, cp = 430 Дж/(кгЧК). Какая масса аргона находится в газовой смеси?

[35,7 кг]

169. 10 г кислорода находится при давлении 300 кПа и температуре 10оС. После нагревания при постоянном давлении газ занял объем 10 л. Найти количество теплоты, полученной газом, изменение внутренней энергии газа и работу, совершенную газом при расширении.

[7,9 кДж; 5,6 кДж; 2,3 кДж]

170. 12 г азота находится в закрытом сосуде объемом 2 л при температуре 10оС. После нагревания давление в сосуде стало равным 1,33 МПа. Какое количество теплоты сообщено газу при нагревании?

[4,15 кДж]

171. В закрытом сосуде находится 14 г азота при давлении 0,1 МПа и температуре 27оС. После нагревания давление в сосуде повысилось в 5 раз. До какой температуры был нагрет газ? Найти объем сосуда и количество теплоты, сообщенное газу.

[1500 К; 12,4 л; 12,4 кДж]

172. Какое количество теплоты надо сообщить массе 12 г кислорода, чтобы нагреть его на 50оС при постоянном давлении?

[545 Дж]

173. Масса 6,5 г водорода, находящегося при температуре 27оС, расширяется вдвое при постоянном давлении за счет притока тепла извне. Найти работу расширения газа, изменение внутренней энергии газа и количество теплоты, сообщенное газу.

[8,1 кДж; 20,2 кДж; 28,3 кДж]

174. 10,5 г азота изотермически расширяется при температуре 250 К, причем его давление изменяется от 250 кПа до 100 кПа. Найти работу, совершенную газом при расширении.

[714 Дж]

175. При изотермическом расширении 10 г азота, находящегося при температуре 17оС, была совершена работа 860 Дж. Во сколько раз изменилось давление азота при расширении?

[2,72]

176. Гелий, находящийся при нормальных условиях, изотермически расширяется от объема 1 л до 2 л. Найти работу, совершенную газом при расширении, и количество теплоты, сообщенное газу.

[70 Дж; 70 Дж]

177. 7,5 л кислорода адиабатически сжимаются до объема 1 л, причем в конце сжатия установилась давление 1,6 МПа. Под каким давлением находился газ до сжатия?

[95 кПа]

178. При адиабатическом сжатии воздуха в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания давление изменяется от 0,1 МПа до 3,5 МПа. Начальная температура воздуха 40оС. Найти температуру воздуха в конце сжатия.

[865 К]

179. Двухатомный газ, находящийся при давлении 2 МПа и температуре 27оС, сжимается адиабатически от объема V1 до V2 = 0,5V1. Найти температуру и давление газа после сжатия.

[396 К; 5,28 МПа]

180. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу 2,94 кДж и отдает за один цикл холодильнику количество теплоты 13,4 кДж. Найти к.п.д. цикла.

[18 %]

181. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу 73,5 кДж. Температура нагревателя 100оС, температура холодильника 0оС. Найти к.п.д. цикла, количество теплоты, получаемое машиной за один цикл от нагревателя, и количество теплоты, отдаваемое за один цикл холодильнику.

[26,8 %; 274 кДж; 200 кДж]

182. Найти изменение энтропии при превращении массы 10 г льда (при - 20оС) в пар (температура кипения 100оС).

[88 Дж/К]

183. Найти изменение энтропии при переходе 8 г кислорода от объема 10 л при температуре 80оС к объему 40 л при температуре 300оС.

[5,4 Дж/К]

184. Найти изменение энтропии при переходе 6 г водорода от объема 20 л под давлением 150 кПа к объему 60 л под давлением 100 кПа.

[71 Дж/К]

185. Найти изменение энтропии при изобарическом расширении 6,6 г водорода от объема V1 до объема V2 = 2V1.

[66,3 Дж/К]

186. Найти изменение энтропии при изотермическом расширении 6 г водорода от давления 100 кПа до давления 50 кПа.

[17,3 Дж/К]

187. Масса 10,5 г азота изотермически расширяется от объема 2 л до объема 5 л. Найти изменение энтропии в этом процессе.

[2,9 Дж/К]

188. 10 г кислорода нагревается от температуры 50оС до температуры 150оС. Найти изменение энтропии, если нагревание происходит: а) изохорически; б) изобарически.

[1,76 Дж/К; 2,46 Дж/К]









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.