Рішення задач з термодинаміки

При виконанні завдань потрібно пам'ятати, що:

• При тепловій рівновазі однакова температура тіл, а значить, і середня кінетична енергія руху молекул.
• Теплопередача завжди походить від більш нагрітих до менш нагрітих тіл.
• Формулювання визначення кожного з видів теплопередачі і особливості їх протікання. Наприклад, те, що конвекція може відбуватися тільки в рідинах і газах.

Велика серія питань перевіряє, наприклад, розуміння залежності внутрішньої енергії ідеального газу від температури: "Як змінюється внутрішня енергія ідеального газу при Ізохоричний збільшенні тиску (изобарном стисненні і т.п.,)?" У цих випадках спочатку потрібно з'ясувати, як змінюються параметри газу, а потім робити висновок про зміну внутрішньої енергії на підставі зміни температури. Для забезпечення ізобарного процесу при стисненні газу треба відводити від нього тепло, тобто для збереження тиску температура газу повинна зменшитися, значить, і внутрішня енергія теж зменшиться. 3нание першого закону термодинаміки перевіряється, як правило, нескладними розрахунковими завданнями наступного типу: "Ідеальний газ отримав кількість теплоти 300 Дж і зробив роботу 100 Д ж. Як змінилася при цьому внутрішня енергія газу?» Тут потрібно уважно ставитися до слів "отримав (або віддав ) кількість теплоти "і" газ зробив (або над газом зробили) роботу ". У завданні газ отримав 300 Дж теплоти, значить, його внутрішня енергія спочатку збільшилася на 300Дж, потім він зробив роботу 100 Дж за рахунок зменшення внутрішньої енергії. Отже , В цілому внутрішня енергія збільшилася на 200 Дж.
В цьому розділі, поряд зі звичайними розрахунковими завданнями на застосування першого закону термодинаміки до ізопроцессам, зустрічається цілий ряд завдань з використанням графіків. При їх виконанні необхідно спочатку за графіком визначити вид процесу, а потім застосувати перший закон термодинаміки.
Приклад. На V T-діаграмі показаний процес зміни стану ідеального одноатомного газу. Газ віддає 50кДж теплоти. Робота зовнішніх сил дорівнює

1. 0 кДж
2. 25 кДж
3. 50 кДж
4. 100 кДж

Графік показує, що процес ізотермічний. Так як при ізотермічному процесі зміна внутрішньої енергії дорівнює нулю, то робота зовнішніх сил дорівнює відданому газом кількості теплоти. Приклад. На малюнку представлений графік залежності тиску ідеального одноатомного газу від об'єму при його адіабатні розширенні. Газ зробив роботу, рівну 20 кДж. Як при цьому змінилася внутрішня енергія газу? Оскільки процес Адіабатний, то Q = О і перший закон термодинаміки можна записати в вигляді: А = -ΔU, отже, ΔU = - 20 Дж. Іншими словами внутрішня енергія зменшилась на 20 Дж.
Завдання на визначення ККД теплової машини особливих труднощів не викликають, крім тих випадків, коли потрібно розуміти, як розраховується корисна робота.

Приклад. Теплова машина за цикл здійснює роботу 50 Дж і віддає холодильнику 100 Дж. Чому дорівнює ККД теплової машини?

Потрібно скористатися визначенням ККД: ŋ = A / Q1, де Q1 - кількість теплоти, отримана від нагрівача, і врахувавши, що Q1 = Q2 + А, отримати правильну відповідь 33%.

Теплова машина з ККД 20% за цикл роботи віддає холодильнику 80 Дж. Яку корисного роботу машина робить за цикл? ККД теплового двигуна ŋ = A / Q1, отже, А = ŋQ1. В даному випадку задано Q2, значить, треба знайти Q1 = Q2 / (1-ŋ) = 100 Дж, а потім шукану роботу А = 20 Дж.
«Усі матеріали»