Rad obavljen u termodinamičkim procesima – problemi i rješenja

Rad obavljen u termodinamičkim procesima – problemi i rješenja

1 godina idealan gas se komprimira iz stanja 1 u stanje 2 kao što je prikazano na grafikonu ispod. Odredite rad urađeno plinom.

rastvor

1 litra = 0.001 m³3

Poznato:Rad obavljen u termodinamičkim procesima – problemi i rješenja 1

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

Pritisak 2 (P2) = 20 kPa = 20,000 Pa = 20,000 N/m2

Svezak 1 (V1) = 4 litre = 4 (0.001 m3) = 0.004 m3

Svezak 2 (V2) = 10 litre = 10 (0.001 m3) = 0.010 m3

Traži se: Rad koji je izvršio plin (W)

Rešenje:

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 (6) + 1/2 (10) (6)

Š = 60 + 1/2 (60)

Š = 60 + 30

W = 90 Džula

2. Odredite rad koji gas izvrši u procesu abcda, kao što je prikazano na grafiku ispod.

Poznato:

Pritisak 1 (P1) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2Rad obavljen u termodinamičkim procesima – problemi i rješenja 2

Pritisak 2 (P2) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / m2

Svezak 1 (V1) = 2 m3

Svezak 2 (V2) = 4 m3

Traži se: Rad (W)

Rešenje:

Rad koji izvrši gas = površina pravougaonika abcd.

W = (P2 - P1)(V2 - V1)

Š = (3 x 105 - 1 x 105)(4 – 2)

Š = (2 x 105)(2)

Š = 4 x 105 Joule

W = 400,000 Džula

W = 400 kJ

3. Odredite rad koji gas izvrši u procesu ABCA.

Poznato:

Pritisak 1 (P1) = 1 N/m2Rad obavljen u termodinamičkim procesima – problemi i rješenja 3

Pritisak 2 (P2) = 7 N/m2

Svezak 1 (V1) = 1 m3

Svezak 2 (V2) = 5 m3

Traži se: Rad (W)

Rešenje:

Rad koji izvrši gas = površina trougla ABC

Vidi također  Konveksna ogledala – problemi i rješenja

W = ½ (P2 - P1)(V2 - V1)

P = ½ (7-1)(5-1)

Š = ½ (6)(4)

Š = ½ (24)

W = 12 Džula

  1. Šta je definicija rada u termodinamici?
    • odgovor: U termodinamici, rad se definiše kao prenos energije na ili iz sistema koji nije uzrokovan temperaturnom razlikom između sistema i njegove okoline.
  2. Kakav je odnos rada i dijagrama pritiska i zapremine (PV) termodinamičkog procesa?
    • odgovor: Na PV dijagramu, rad koji obavi sistem ili na sistemu tokom procesa predstavljen je površinom ispod krive procesa. Za procese koji uključuju gasove, rad je često dat integralom P dV, gdje je P pritisak, a dV diferencijalna promjena zapremine.
  3. Koliki je rad koji se obavlja tokom izohornog procesa?
    • odgovor: Izohorni proces se odvija pri konstantnoj zapremini. Pošto nema promjene zapremine, rad obavljen tokom izohornog procesa je nula.
  4. Po čemu se rad izvršen pri izobarnom (konstantni pritisak) širenju razlikuje od rada izvršenog pri izotermnom (konstantna temperatura) širenju idealnog gasa?
    • odgovor: U izobarnoj ekspanziji, rad se izračunava kao , gdje je P konstantni pritisak i je promjena volumena. Za izotermnu ekspanziju idealnog plina, rad se može izračunati pomoću jednadžbe , gdje je n broj molova, R je univerzalna plinska konstanta i i su konačni i početni volumeni, respektivno.
  5. Koji je značaj prvog zakona termodinamike u vezi sa radom i energijom?
    • odgovor: Prvi zakon termodinamike kaže da je promjena unutrašnje energije sistema jednaka toploti dodanoj sistemu umanjenoj za rad koji sistem izvrši na okolinu. To predstavlja princip očuvanja energije.
  6. Za ciklični proces na PV dijagramu, šta predstavlja zatvorena površina?
    • odgovor: Za ciklični proces na PV dijagramu, zatvorena površina predstavlja neto rad koji sistem ili sistem obavi tokom jednog ciklusa.
  7. Po čemu se rad obavljen u adijabatskom procesu razlikuje od izotermnog procesa za idealni plin?
    • odgovor: U adijabatskom procesu ne postoji izmjena toplote s okolinom, tako da obavljeni rad rezultira promjenom unutrašnje energije gasa. Kod izotermnog procesa, temperatura ostaje konstantna, a svaki obavljeni rad je uravnotežen jednakom količinom prijenosa toplote, tako da nema promjene unutrašnje energije.
  8. Zašto se rad obavljen u ireverzibilnom procesu može razlikovati od rada obavljenog u reverzibilnom procesu čak i ako su početno i konačno stanje isti?
    • odgovor: U reverzibilnom procesu, svako međustanje između početnog i konačnog stanja je u ravnoteži. U ireverzibilnom procesu to nije slučaj. Putanje na PV dijagramu, a time i obavljeni rad, mogu se značajno razlikovati između dvije vrste procesa, čak i ako počinju i završavaju u istim tačkama.
  9. Kako prisustvo neidealnog (stvarnog) ponašanja gasa utiče na proračune rada u termodinamičkim procesima?
    • odgovor: Za stvarne gasove, odstupanja od idealnog ponašanja mogu dovesti do razlika u proračunima rada, posebno pri visokim pritiscima ili niskim temperaturama. Za objašnjenje ovih odstupanja možda će biti potrebno koristiti Van der Waalsovu jednačinu ili druge modele stvarnih gasova.
  10. Šta znači kada je rad obavljen na sistemu negativan?
  • odgovor: Kada je rad izvršen na sistemu negativan, to znači da sistem vrši rad na svoju okolinu. To često odgovara širenju gasa pod utjecajem vanjskog pritiska.
Print friendly, PDF i e-pošta