Tsab Xov Xwm Txog Cov Txheej Txheem Thermodynamic: Isothermal Adiabatic Isochoric Isobaric
Muaj plaub txoj kev thermodynamic, uas yog Isothermal, isochoric, isobaric thiab adiabatic.
Txheej Txheem Isothermal (kub tas li)
Hauv ib txoj kev isothermal, qhov kub ntawm lub cev tseem nyob ruaj khov. Hauv kev xav, lub cev uas tau soj ntsuam yog ib qho roj zoo tagnrho. Qhov kub ntawm cov roj zoo tagnrho yog qhov sib piv ncaj qha rau lub zog roj zoo tagnrho sab hauv (U = 3/2 n RT). T tsis hloov pauv, yog li U kuj tsis hloov pauv. Yog li, yog tias siv rau txoj kev isothermal, txoj cai thawj zaug ntawm qhov sib npaug thermodynamic dhau los ua:
Δ U = Q – W
Lub zog sab hauv tsis hloov, yog li Δ U = 0.
0 = Q – W
Q = W
Raws li qhov sib npaug no, nyob rau hauv cov txheej txheem isothermal (kub tas li), cua sov (Q) ntxiv rau hauv lub kaw lus yog siv los ntawm lub kaw lus los ua haujlwm (W).
Qhov kev hloov pauv ntawm lub siab thiab qhov ntim ntawm lub kaw lus hauv cov txheej txheem isothermal tau piav qhia los ntawm daim duab hauv qab no:
Qhov ntim thawj zaug ntawm lub kaw lus = V1 (me me) thiab lub zog ntawm lub cev = P1 (siab loj). Rau qhov kub ntawm lub cev kom ruaj khov ces tom qab cua sov ntxiv rau hauv lub cev, lub cev nthuav dav thiab ua haujlwm rau ib puag ncig. Tom qab lub cev ua haujlwm rau ib puag ncig, qhov ntim ntawm lub cev hloov mus rau V2 (qhov ntim ntawm lub cev nce ntxiv) thiab qhov siab ntawm lub cev hloov pauv mus rau P2 (kev txo qis ntawm lub zog ntawm lub cev). Cov duab ntawm daim duab yog nkhaus vim tias lub zog ntawm lub cev tsis hloov pauv tas li thaum lub sijhawm ua haujlwm. Qhov ntau ntawm cov haujlwm ua tiav = thaj chaw ntxoov ntxoo.
Txheej Txheem Adiabatic
Hauv cov txheej txheem adiabatic, tsis muaj cua sov ntxiv rau hauv lub kaw lus lossis tawm hauv lub kaw lus (Q = 0). Cov txheej txheem adiabatic tuaj yeem tshwm sim hauv cov kab ke kaw uas raug cais tawm zoo. Rau lub kaw lus kaw uas tau rwb thaiv tsev zoo, feem ntau tsis muaj cua sov uas ntws mus rau hauv lub kaw lus lossis tawm hauv lub kaw lus. Cov txheej txheem adiabatic kuj tseem tuaj yeem tshwm sim hauv cov kab ke kaw uas tsis raug cais tawm.
Hauv qhov no, cov txheej txheem yuav tsum tau ua sai sai kom cua sov tsis ntws mus rau hauv lub cev lossis tawm hauv lub cev. Yog tias siv rau cov txheej txheem adiabatic, thawj txoj cai Thermodynamic equation yuav hloov pauv:
Δ U = Q – W
Tsis muaj cua sov nkag los yog tawm ntawm lub cev, yog li Q = 0.
Δ U = 0 – W
Δ U = -W
Yog tias lub kaw lus raug nias sai sai (ua haujlwm rau lub kaw lus), ces ua haujlwm tsis zoo. Vim tias W yog qhov tsis zoo, ces U yog qhov zoo (lub zog hauv lub kaw lus nce). Ntawm qhov tod tes, yog tias lub kaw lus nthuav dav sai (lub kaw lus ua haujlwm), ces W yog qhov zoo. Vim tias W yog qhov zoo, U yog qhov tsis zoo (lub zog hauv lub kaw lus txo qis). Lub zog hauv lub kaw lus (roj zoo tagnrho) yog sib npaug rau qhov kub (U = 3/2 n RT), yog li ntawd yog tias lub zog hauv lub kaw lus nce ntxiv ces qhov kub ntawm lub kaw lus kuj nce ntxiv. Ntawm qhov tod tes, yog tias lub zog hauv lub kaw lus txo qis, ces qhov kub ntawm lub kaw lus txo qis.
Kev hloov pauv ntawm lub zog siab thiab ntim hauv cov txheej txheem adiabatic tau piav qhia los ntawm daim duab hauv qab no:
Tus kab adiabatic hauv daim duab no (kab 1-2) ntxhab dua li tus kab isothermal (kab 1-3). Qhov sib txawv ntawm qhov ntxhab no qhia tau tias rau tib lub ntim nce, lub siab ntawm lub cev raug txo ntau dua hauv cov txheej txheem adiabatic dua li cov txheej txheem isothermal. Lub siab ntawm lub cev txo qis ntau dua hauv cov txheej txheem adiabatic vim tias thaum adiabatic nthuav dav tshwm sim, qhov kub ntawm lub cev kuj txo qis. Qhov kub yog proportional rau lub siab, yog li ntawd yog tias qhov kub ntawm lub cev poob qis, lub siab ntawm lub cev kuj txo qis. Hauv kev sib piv rau cov txheej txheem isothermal, qhov kub ntawm lub cev yeej ib txwm ruaj khov. Yog li, hauv cov txheej txheem isothermal, qhov kub tsis cuam tshuam rau qhov siab poob.
Ib qho piv txwv ntawm cov txheej txheem adiabatic tshwm sim hauv lub cav combustion sab hauv, xws li lub cav diesel thiab lub cav roj av. Hauv cov cav diesel, cua raug ntxig rau hauv lub tog raj kheej, thiab cua hauv lub tog raj kheej raug nias sai sai siv lub piston (ua haujlwm ua tiav ntawm huab cua). Cov txheej txheem adiabatic compression (kev txo qhov ntim ntawm lub kaw lus) tau piav qhia los ntawm nkhaus 2-1. Vim yog lub siab adiabatic sai, qhov kub nce sai. Tib lub sijhawm, diesel raug txau rau hauv lub tog raj kheej los ntawm lub injector, thiab qhov sib tov tau pib tam sim ntawd. Hauv lub cav roj av, qhov sib tov ntawm huab cua thiab roj av raug ntxig rau hauv lub tog raj kheej thiab tom qab ntawd nias sai sai siv lub piston. Vim tias nws raug thawb sai sai adiabatic, qhov kub nce sai. Tib lub sijhawm, cov roj hluav taws xob hluav taws xob ua rau cov txheej txheem ntawm kev hlawv tshwm sim.
Txheej Txheem Isochoric (ntim tas li)
Hauv cov txheej txheem Isochoric, qhov ntim ntawm lub cev tseem nyob ruaj khov. Vim tias qhov ntim ntawm lub cev yeej ib txwm ruaj khov, lub cev tsis tuaj yeem ua haujlwm rau ib puag ncig. Ib puag ncig kuj tsis tuaj yeem ua haujlwm rau lub cev. Yog tias siv rau cov txheej txheem isochoric, txoj cai thawj zaug ntawm cov qauv thermodynamic hloov mus rau hauv:
Δ U = Q – W
Lub kaw lus tsis ua haujlwm rau ib puag ncig, yog li W = 0
Δ U = Q – 0
Δ U = Q
Los ntawm qhov tshwm sim no, peb tuaj yeem xaus lus tias nyob rau hauv cov txheej txheem isochoric (qhov ntim tas li), cua sov (Q) ntxiv rau hauv lub kaw lus yog siv los ua kom lub zog hauv lub kaw lus nce ntxiv. Kev hloov pauv ntawm lub zog siab thiab qhov ntim hauv cov txheej txheem isochoric tau piav qhia los ntawm daim duab hauv qab no:
Thaum xub thawj, lub zog ntawm lub cev = p 1 (lub zog me me). Qhov cua sov ntxiv ntawm lub cev ua rau lub zog hauv lub cev nce ntxiv. Thaum lub zog hauv lub cev nce ntxiv, qhov kub ntawm lub cev (roj zoo tagnrho) nce ntxiv (U = 3/2 n RT). Qhov kub yog ncaj qha rau qhov siab. Yog li ntawd, yog tias qhov kub ntawm lub cev nce ntxiv, ces qhov siab ntawm lub cev nce ntxiv (p 2 ). Vim yog qhov ntim ntawm lub cev tas li, tsis muaj haujlwm ua tiav (tsis muaj thaj chaw ntxoov ntxoo).
Hauv cov txheej txheem isochoric, lub kaw lus tsis tuaj yeem ua haujlwm rau ib puag ncig. Ib yam li ntawd, ib puag ncig tsis tuaj yeem ua haujlwm rau lub kaw lus. Qhov no yog vim tias, hauv cov txheej txheem isochoric, qhov ntim ntawm lub kaw lus yeej ib txwm tsis hloov pauv. Muaj qee hom haujlwm uas tsis cuam tshuam nrog kev hloov pauv ntim. Yog li txawm tias qhov ntim ntawm lub kaw lus tsis hloov pauv, kev ua haujlwm tseem tuaj yeem ua tiav rau lub kaw lus. Piv txwv li, muaj lub kiv cua + roj teeb hauv lub thawv kaw. Lub kiv cua tuaj yeem tig siv lub zog los ntawm lub roj teeb. Hauv qhov no, cov kiv cua, roj teeb, thiab cua hauv lub thawv raug suav hais tias yog cov kab ke.
Thaum lub kiv cua tig, lub kiv cua ua haujlwm, ua si tam sim no hauv lub thawv. Tib lub sijhawm, lub zog kinetic ntawm lub kiv cua hloov mus ua lub zog hauv huab cua. Lub zog hluav taws xob hauv lub roj teeb, tau kawg, raug txo vim nws tau hloov pauv mus ua lub zog hauv huab cua. Piv txwv no qhia tau hais tias nyob rau hauv cov txheej txheem isochoric (ntim yeej ib txwm tsis hloov pauv), kev ua haujlwm tseem tuaj yeem ua tiav ntawm lub kaw lus (kev ua haujlwm uas tsis cuam tshuam kev hloov pauv ntim).
Cov Txheej Txheem Isobaric (kev siab tas li)
Hauv cov txheej txheem isobaric, lub zog siab ntawm lub cev tseem nyob ruaj khov. Vim tias lub zog siab tsis hloov pauv, kev hloov pauv zog sab hauv ( Δ U), cua sov (Q) thiab kev ua haujlwm (W) hauv cov txheej txheem isobaric tsis yog xoom. Yog li, thawj txoj cai thermodynamics mis tsis tau hloov pauv.
ΔU = Q − W
Cov kev hloov pauv ntawm qhov siab thiab qhov ntim roj hauv cov txheej txheem isobaric tau piav qhia los ntawm daim duab hauv qab no:
Ua ntej, qhov ntim ntawm lub cev = V1 (ntim me me). Vim tias qhov siab tseem nyob ruaj khov, yog li tom qab cua sov ntxiv rau hauv lub kaw lus, lub kaw lus nthuav dav thiab ua haujlwm rau ib puag ncig. Tom qab ua haujlwm rau ib puag ncig, qhov ntim ntawm lub kaw lus hloov mus rau V2 (qhov ntim ntawm lub kaw lus nce ntxiv). Qhov ntau ntawm txoj haujlwm (W) ua tiav ntawm lub kaw lus = thaj chaw ntxoov ntxoo.
Lo lus nug 1:
Cov kab nkhaus 1-2 hauv ob daim duab hauv qab no qhia txog kev nthuav dav ntawm cov pa roj (kev nce ntxiv ntawm cov pa roj) uas tshwm sim adiabatic thiab isothermally. Hauv cov txheej txheem twg, txoj haujlwm ua los ntawm cov pa roj me dua?
Cov haujlwm ua los ntawm cov pa roj hauv cov txheej txheem adiabatic tsawg dua li cov haujlwm los ntawm cov pa roj hauv cov txheej txheem isothermal. Thaj chaw ntxoov ntxoo = txoj haujlwm ua los ntawm cov pa roj thaum lub sijhawm nthuav dav (nce hauv cov pa roj). Thaj chaw ntxoov ntxoo hauv cov txheej txheem adiabatic tsawg dua li thaj chaw ntxoov ntxoo ntawm cov txheej txheem isothermal.
Lo lus nug 2:
Cov txheej txheem thermodynamic tau qhia hauv daim duab hauv qab no. Cov kab nkhaus ab thiab dc = cov txheej txheem isochoric (ntim tas li). Cov kab nkhaus bc thiab ad = cov txheej txheem isobaric (siab tas li). Hauv cov txheej txheem ab, cua sov (Q) 600 Joules ntxiv rau hauv lub kaw lus. Hauv cov txheej txheem bc, cua sov (Q) 800 Joules ntxiv rau hauv lub kaw lus.
a) Kev hloov pauv zog hauv cov txheej txheem ab
b) Kev hloov pauv zog hauv cov txheej txheem abc
c) Tag nrho cov cua sov ntxiv rau cov txheej txheem ADC
P1 = 2 x 10 5 Pa = 2 x 10 5 N / m2
P2 = 4 x 10 5 Pa = 4 x 10 5 N / m2
V 1 = 2 liv = 2 dm 3 = 2 x 10 -3 m 3
V 2 = 4 liv = 2 dm 3 = 4 x 10 -3 m 3
tshuaj
a) Kev hloov pauv zog sab hauv hauv cov txheej txheem ab
Hauv cov txheej txheem ab, 600 J cua sov raug ntxiv rau hauv lub cev. Cov txheej txheem ab = isochoric txheej txheem (ntim tas li). Hauv cov txheej txheem isochoric, qhov ntxiv cua sov hauv lub cev tsuas yog ua rau lub zog hauv lub cev ntau ntxiv. Yog li, lub zog hloov pauv hauv lub cev tom qab tau txais cua sov:
ΔU = Q
ΔU = 600 J
b) Kev hloov pauv zog hauv cov txheej txheem abc
Txheej txheem ab = txheej txheem isochoric (ntim tas li). Hauv txheej txheem ab, 600 J cua sov raug ntxiv rau hauv lub kaw lus. Vim yog qhov ntim tas li, tsis muaj haujlwm ua los ntawm lub kaw lus.
Txheej txheem bc = txheej txheem isobaric (lub siab tas li). Hauv txheej txheem bc, cua sov (Q) 800 Joules ntxiv rau hauv lub kaw lus. Hauv txheej txheem isobaric, lub kaw lus tuaj yeem ua haujlwm. Tus nqi ntawm txoj haujlwm ua los ntawm lub kaw lus hauv txheej txheem bc (txheej txheem isobaric) yog:
W = P (V 2 - V 1 ) - qhov siab tas li
W = P2 ( V2 – V1 )
W = 4 x 10 5 N/m2 ( 4 x 10 -3 m3 – 2 x 10 -3 m3 )
W = 4 x 10 5 N/m2 ( 2 x 10 -3 m3 )
W = 8 x 10 2 Joule
W = 800 Joule
Tag nrho cov cua sov ntxiv rau lub kaw lus hauv cov txheej txheem abc yog:
Q tag nrho = Q ab + Q bc
Q tag nrho = 600 J + 800 J
Tag nrho Q = 1400 Joules
Tag nrho cov haujlwm uas lub kaw lus ua hauv cov txheej txheem abc yog:
Tag nrho W = W ab + W bc
Tag nrho W = 0 + W bc
W tag nrho = 0 + 800 Joule
W tag nrho = 800 Joule
Kev hloov pauv zog sab hauv hauv cov txheej txheem abc = 600 J
c) Tag nrho cov cua sov ntxiv rau cov txheej txheem ADC
Tag nrho cov cua sov ntxiv rau hauv lub cev tuaj yeem suav los ntawm cov qauv hauv qab no:
ΔU = Q – W
Q = ΔU + W
Tag nrho cov cua sov ntxiv rau cov txheej txheem adc = kev hloov pauv zog sab hauv hauv adc + kev ua haujlwm hauv cov txheej txheem adc.
Kub thiab ua haujlwm koom nrog kev hloov pauv zog ntawm cov kab ke thiab ib puag ncig, thaum kev hloov pauv zog sab hauv yog qhov tshwm sim ntawm kev hloov pauv zog ntawm lub cev thiab ib puag ncig. Yog li ntawd, kev hloov pauv zog tsis nyob ntawm cov txheej txheem ntawm kev hloov pauv zog. Ntawm qhov tod tes, kub thiab ua haujlwm nyob ntawm cov txheej txheem. Hauv cov txheej txheem isochoric (qhov system ntim tas mus li), kev hloov pauv zog tsuas yog nyob rau hauv daim ntawv ntawm cua sov, thaum ua haujlwm tsis yog. Hauv cov txheej txheem isobaric (siab tas mus li), kev hloov pauv zog cuam tshuam nrog cua sov thiab ua haujlwm. Txawm hais tias tsis nyob ntawm cov txheej txheem, lub zog hloov pauv nyob ntawm lub xeev pib thiab lub xeev ntawm qhov kawg. Yog tias cov xeev pib thiab kawg zoo ib yam, kev hloov pauv zog yeej ib txwm zoo ib yam, txawm hais tias cov txheej txheem sib txawv.
Cov xwm txheej pib thiab kawg rau cov txheej txheem abc hauv daim duab saum toj no = cov xwm txheej pib thiab kawg ntawm cov txheej txheem adc. Yog li, lub zog sab hauv hloov pauv hauv cov txheej txheem ntawm adc = 600 J.
Tag nrho (W) txoj haujlwm ua tiav ntawm adc = W txheej txheem ntawm ad + W ntawm dc txheej txheem.
Cov txheej txheem ad yog ib qho txheej txheem isobaric (qhov siab tas li), thaum cov txheej txheem dc yog ib qho txheej txheem isochoric (qhov ntim tas li). Vim yog qhov ntim tas li, tsis muaj haujlwm ua tiav rau cov txheej txheem dc. Ua ntej, peb xam cov haujlwm ua tiav rau cov txheej txheem ad.
W ad = P ( V2 - V1 )
W ad = P1 ( V2 - V1 )
W ad = 2 x 10 5 N/m2 ( 4 x 10 ‐3 m3 ‐ 2 x 10 ‐3 m3 )
W ad = 2 x 10 5 N/m2 ( 2 x 10 ‐3 m3 )
W ad = 4 x 10 2 Joule
W ad = 400 Joule
W tag nrho = W nyob rau hauv cov txheej txheem a-d + W nyob rau hauv cov txheej txheem d-c
Tag nrho W = 400 Joules + 0
W tag nrho = 400 Joule
Yog li, qhov kub ntxiv rau cov txheej txheem ADC yog:
Q = ΔU + W
Q = 600 J + 400 J
Q = 1000 J
Lo lus nug 3:
1 liv dej yuav hloov mus ua 1671 liv ntawm cov pa thaum nws siav ntawm 1 atm siab. Xam qhov kev hloov pauv ntawm lub zog sab hauv thiab cov haujlwm uas dej ua thaum nws ua pa tawm ... (Kub ntawm kev ua pa tawm rau dej = L V = 22.6 x 10 5 J/Kg)
tshuaj
Qhov ceev ntawm dej = 1000 kg/ m3
Kub ntawm cov dej ua pa (LV ) = 22.6 x 105 J / Kg
P = 1 atm = 1.013 x 105 Pa = 1.013 x 105 N / m2
V 1 = 1 liv = 1 dm 3 = 1 x 10 -3 m 3 (Ntim Dej)
V 2 = 1671 litres = 1671 dm 3 = 1671 x 10 -3 m 3 (Qhov ntim ntawm cov pa)
a) Kev hloov pauv ntawm lub zog sab hauv
Kev hloov pauv ntawm lub zog sab hauv = Kub ntxiv rau dej rho tawm Cov haujlwm ua los ntawm dej thaum ua pa. Thawj qhov suav Kub (Q) ntxiv rau dej ...
Q = m L V
Qhov ceev ntawm dej = qhov hnyav ntawm dej / qhov ntim ntawm dej
Qhov hnyav ntawm dej (m) = qhov ceev ntawm dej x qhov ntim ntawm dej
Qhov hnyav ntawm dej (m) = (1000 kg/m3 ) ( 1 x 10 -3 m3 )
Qhov hnyav ntawm dej (m) = (1000 kg/m3 ) (0.001 m3 )
Qhov hnyav ntawm dej (m) = 1 kg
Q = (1 kg) (22.6 x 10 5 J / kg)
Q = 22.6 x 10 5 J
Xam cov haujlwm (W) uas dej ua thaum nws ua pa. Kev ua kom dej npau tshwm sim ntawm qhov siab tas li (isobaric process).
W = p ( V2 – V1 )
W = 1.013 x 10 5 N/m2 ( 1671 x 10 -3 m3 – 1 x 10 -3 m3 )
W = 1.013 x 10 5 N/m2 ( 1670 x 10 -3 m3 )
W = 1691.71 x 105 Joules
W = 1.7 x 105 Joules
Kev hloov pauv ntawm lub zog sab hauv ntawm dej:
ΔU = Q – W
ΔU = 22.6 x 10 5 J – 1.7 x 10 5 J
ΔU = 20.9 x 10 5 J
ΔU = 21 x 10 5 J
21 x 10 5 Joule cua sov ntxiv rau hauv dej yog siv los ua kom lub zog sab hauv nce ntxiv (kev kov yeej lub zog tensile ntawm cov molecule uas ua rau dej nyob ruaj khov). Hauv lwm lo lus, 21 x 10 5 J yog siv los hloov dej mus ua pa. Thaum dej tau dhau los ua pa, 1.7 x 10 5 J seem yog siv los ua haujlwm.
Lo lus nug 4:
1 mole ntawm cov roj hauv ib lub tog raj kheej nthuav dav sai sai adiabatic. Thaum xub thawj, qhov kub ntawm cov roj = 1000 K. Tom qab nthuav dav, qhov kub ntawm cov roj txo qis mus rau 500 K. Txheeb xyuas seb cov roj ua haujlwm li cas ...
tshuaj
Kev nthuav dav ntawm cov pa roj tshwm sim adiabatic. Hauv cov txheej txheem adiabatic, tsis muaj cua sov nkag lossis tawm hauv lub cev. Yog li, txoj haujlwm ua hauv roj = kev hloov pauv zog hauv roj.
ΔU = Q – W los yog W = Q – Δ U → Q = 0
W = 0 – ΔU
W = – ΔU
Peb tuaj yeem xam cov kev hloov pauv zog hauv cov roj siv cov qauv zog hauv cov roj zoo tagnrho:
ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (500 K - 1000 K)
ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (- 500 K)
ΔU = -6236.25 J
Yog li, qhov ntau ntawm cov haujlwm ua los ntawm roj yog:
W = – ΔU
W = – (- 6236.25 J)
W = 6236.25 J
