Werk verrig in termodinamiese prosesse – probleme en oplossings

Werk verrig in termodinamiese prosesse – probleme en oplossings

1. 'n Ideale gas word saamgepers van toestand 1 na toestand 2 soos in die grafiek hieronder getoon. Bepaal die arbeid wat deur die gas verrig word.

Oplossing

1 liter = 0.001 m³

Bekend:Werk verrig in termodinamiese prosesse – probleme en oplossings 1

Druk 1 (P1 ) = 10 kPa = 10 000 Pa = 10 000 N/ m2

Druk² (P² ) = 20 kPa = 20 000 Pa = 20 000 N/ m²

Volume 1 (V1 ) = 4 liter = 4 (0.001 m3 ) = 0.004 m3

Volume 2 (V2 ) = 10 liter = 10 (0.001 m3 ) = 0.010 m3

Gewenste: Die werk verrig deur die gas (W)

oplossing:

W = P(V2 – V1 ) + 1/2( P2 – P1 )( V2 – V1 )

W = 10 000 (0.010-0.004) + 1/2 (20 000-10 000)(0.010-0.004)

W = 10 000 (0.006) + 1/2 (10 000) (0.006)

W = 10 000 (6) + 1/2 (10 000) (6)

W = 60 + 1/2 (60)

W = 60 + 30

W = 90 Joule

2. Bepaal die werk wat deur die gas in proses abcda verrig word, soos in die grafiek hieronder getoon.

Bekend:

Druk 1 (P1) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2Werk verrig in termodinamiese prosesse – probleme en oplossings 2

Druk² (P² ) = 3 x 10³ Pa = 3 x 10³ N / m²

Volume 1 (V1 ) = 2 m3

Volume 2 (V2 ) = 4 m3

Gesoek: Werk (W)

oplossing:

Die werk wat deur die gas verrig word = area van reghoekige abcd.

W = (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )

W = (3 x 10 5 – 1 x 10 5 )(4 – 2)

W = (2 x 10⁻⁴ ) (2)

W = 4 x 10⁶ Joule

W = 400,000 Joule

W = 400 kJ

3. Bepaal die arbeid wat deur die gas in proses ABCA verrig word.

Bekend:

Druk 1 (P1) = 1 N/m2Werk verrig in termodinamiese prosesse – probleme en oplossings 3

Druk² (P² ) = 7 N/ m²

Volume 1 (V1 ) = 1 m3

Volume 2 (V2 ) = 5 m3

Gesoek: Werk (W)

oplossing:

Die werk wat deur die gas verrig word = oppervlakte van driehoek ABC

W = ½ (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )

W = ½ (7-1)(5-1)

W = ½ (6)(4)

W = ½ (24)

W = 12 Joule

  1. Wat is die definisie van arbeid in termodinamika?
    • Antwoord: In termodinamika word werk gedefinieer as 'n energie-oordrag na of van 'n stelsel wat nie te wyte is aan 'n temperatuurverskil tussen die stelsel en sy omgewing nie.
  2. Hoe hou werk verband met die druk-volume (PV) diagram van 'n termodinamiese proses?
    • Antwoord: In 'n PV-diagram word die werk wat deur of op 'n stelsel tydens 'n proses verrig word, voorgestel deur die area onder die kromme van die proses. Vir prosesse wat gasse behels, word die werk dikwels gegee deur die integraal van P dV, waar P die druk is en dV die differensiële verandering in volume is.
  3. Watter arbeid word tydens 'n isochoriese proses verrig?
    • Antwoord: 'n Isochoriese proses vind plaas teen konstante volume. Aangesien daar geen volumeverandering is nie, is die werk wat tydens 'n isochoriese proses verrig word, nul.
  4. Hoe verskil die werk wat verrig word in 'n isobariese (konstante druk) uitbreiding van dié in 'n isotermiese (konstante temperatuur) uitbreiding van 'n ideale gas?
    • Antwoord: In 'n isobariese uitbreiding word arbeid bereken as , waar P die konstante druk is en is die verandering in volume. Vir 'n isotermiese uitbreiding van 'n ideale gas kan arbeid bereken word deur die vergelyking te gebruik , waar n die aantal mol is, R die universele gaskonstante is, en en is onderskeidelik die finale en aanvanklike volumes.
  5. Wat is die betekenis van die eerste wet van termodinamika rakende arbeid en energie?
    • Antwoord: Die eerste wet van termodinamika bepaal dat die verandering in die interne energie van 'n stelsel gelyk is aan die hitte wat by die stelsel gevoeg word minus die werk wat deur die stelsel aan sy omgewing verrig word. Dit verteenwoordig die beginsel van energiebehoud.
  6. Vir 'n sikliese proses op 'n PV-diagram, wat verteenwoordig die ingeslote area?
    • Antwoord: Vir 'n sikliese proses op 'n PV-diagram verteenwoordig die ingeslote area die netto werk wat deur of op die stelsel gedurende een siklus verrig word.
  7. Hoe verskil die arbeid wat in 'n adiabatiese proses verrig word van 'n isotermiese proses vir 'n ideale gas?
    • Antwoord: In 'n adiabatiese proses is daar geen hitte-uitruiling met die omgewing nie, dus lei die werk wat verrig word tot 'n verandering in die interne energie van die gas. Vir 'n isotermiese proses bly die temperatuur konstant, en enige werk wat verrig word, word gebalanseer deur 'n gelyke hoeveelheid hitte-oordrag, dus is daar geen verandering in interne energie nie.
  8. Waarom kan die werk wat in 'n onomkeerbare proses verrig word, verskil van 'n omkeerbare proses, selfs al is die aanvanklike en finale toestande dieselfde?
    • Antwoord: In 'n omkeerbare proses is elke tussentoestand tussen die aanvanklike en finale toestande in ewewig. In 'n onomkeerbare proses is dit nie die geval nie. Die paaie wat op 'n PV-diagram geneem word, en dus die arbeid wat verrig word, kan aansienlik verskil tussen die twee tipes prosesse, selfs al begin en eindig hulle op dieselfde punte.
  9. Hoe beïnvloed die teenwoordigheid van nie-ideale (werklike) gasgedrag werkberekeninge in termodinamiese prosesse?
    • Antwoord: Vir werklike gasse kan afwykings van ideale gedrag lei tot verskille in werkberekeninge, veral by hoë druk of lae temperature. Die Van der Waals-vergelyking of ander werklike gasmodelle moet moontlik gebruik word om hierdie afwykings te verreken.
  10. Wat beteken dit as die arbeid wat op 'n stelsel verrig word negatief is?
  • Antwoord: Wanneer die arbeid wat op 'n stelsel verrig word negatief is, beteken dit dat die stelsel arbeid op sy omgewing verrig. Dit stem dikwels ooreen met 'n uitbreiding van 'n gas teen eksterne druk.
Print Friendly, PDF & Email