Գազերի կինետիկ տեսություն և ջերմադինամիկայի առաջին օրենք՝ խնդիրներ և լուծումներ
1. Իդեալական գազերը գտնվում են 4 լիտր ծավալով տարայի մեջ, որի ճնշումը 3 մթնոլորտ է (1 մթնոլորտ = 105 Նմ -2 ) : Իդեալական գազերը տաքացվում են հաստատուն ճնշման տակ 27 ° C-ից մինչև 87 ° C : Գազի ջերմունակությունը 9JK -1 է : Որքա՞ն է գազերի վերջնական ծավալը և գազերի ներքին էներգիայի փոփոխությունը:
լուծում
Իզոբարային պրոցես (հաստատուն ճնշում)
Հայտնի է.
Գազի սկզբնական ծավալը (V1 ) = 4 լիտր
Գազի սկզբնական ջերմաստիճանը (T 1 ) = 27 o C + 273 = 300 K
Գազի վերջնական ջերմաստիճանը (T2 ) = 87 ° C + 273 = 360 Կ
Գազի ճնշումը (P) = 3 մթնոլորտ = 3 x 10 5 Նմ -2
Գազի ջերմունակությունը (C) = 9 JK -1
Պահանջվում է գազի վերջնական ծավալը (V2 ) և ներքին էներգիայի փոփոխությունը (ΔU):
Լուծում.
Որոշեք վերջնական ծավալը՝ օգտագործելով Չարլզի օրենքի հավասարումը (իզոբարային պրոցես կամ հաստատուն ճնշում).
Ծավալի փոփոխությունը.
1 լիտր = 0.001 մ 3
Սկզբնական ծավալը (V1 ) = 4 (0.001 մ 3 ) = 0.004 մ 3
Վերջնական ծավալը (V2 ) = 4.8 (0.001 մ 3 ) = 0.0048 մ 3
Ծավալի փոփոխությունը (ΔV) = V2 – V1 = 0.0048 մ 3 – 0.004 մ 3 = 0.008 մ 3 ։
Ջերմաստիճանի փոփոխությունը.
Ջերմաստիճանի փոփոխությունը (ΔT) = T2 – T1 = 360 K – 300 K = 60 K
Որոշեք իդեալական գազի ներքին էներգիայի (ΔU) փոփոխությունը՝ օգտագործելով ջերմադինամիկայի առաջին օրենքի հավասարումը։
ΔU = Q – W
ΔU = ներքին էներգիայի փոփոխությունը, Q = ջերմություն, W = աշխատանք
Որոշեք աշխատանքը (Վտ) հաստատուն ճնշման դեպքում՝
W = P ΔV = (3 x 105 ) (0.0008) = (3 x 102 ) (8) = (30)(8) = 240 Ջոուլ
Ջերմունակության (Q) հավասարումը որոշելը՝ օգտագործելով ջերմունակության (C) հավասարումը։
C = Q / ΔT
Q = (C) (ΔT) = (9) (60) = 540 Ջուլ
Որոշեք ներքին էներգիայի փոփոխությունը.
ΔU = Q – W = 540 Ջոուլ – 240 Ջոուլ = 300 Ջոուլ։
2. Տարայի մեջ կա 6 լիտր իդեալական գազ 2 մթն. ճնշման տակ (1 մթն. = 105 Նմ -2 ) : Գազը տաքացվում է 27 ° C-ից մինչև 77 ° C՝ հաստատուն ճնշման տակ: Եթե գազի ջերմունակությունը 5 JK -1 է , որքա՞ն է վերջնական ծավալը և ինչպիսի՞ն է գազի ներքին էներգիայի փոփոխությունը:
Լուծում.
Իզոբարային պրոցես (հաստատուն ճնշում)
Հայտնի է.
Իդեալական գազերի սկզբնական ծավալը (V1 ) = 6 լիտր
Իդեալական գազերի սկզբնական ջերմաստիճանը (T 1 ) = 27 o C + 273 = 300 K է
Իդեալական գազերի վերջնական ջերմաստիճանը (T2 ) = 77 ° C + 273 = 350 K է
Իդեալական գազերի ճնշումը (P) = 2 մթնոլորտ = 2 x 10 5 Նմ -2
Գազերի ջերմունակությունը (C) = 5 JK -1
Ցանկալի է. գազի վերջնական ծավալը (V2 ) և գազի ներքին էներգիայի փոփոխությունը (ΔU):
Լուծում.
Գազի վերջնական ծավալը որոշեք Չարլզի օրենքի հավասարման միջոցով (իզոբարային պրոցես կամ հաստատուն ճնշում).
Ծավալի փոփոխությունը.
1 լիտր = 0.001 մ 3
Սկզբնական ծավալը (V1 ) = 6 (0.001 մ 3 ) = 0.006 մ 3
Վերջնական ծավալը (V2 ) = 7 (0.001 մ 3 ) = 0.007 մ 3
Ծավալի փոփոխությունը (ΔV) = V2 – V1 = 0.007 մ 3 – 0.006 մ 3 = 0.001 մ 3
Ջերմաստիճանի փոփոխությունը.
Ջերմաստիճանի փոփոխությունը (ΔT) = T2 – T1 = 350 K – 300 K = 50 K
Որոշեք իդեալական գազերի ներքին էներգիայի (ΔU) փոփոխությունը՝ օգտագործելով ջերմադինամիկայի առաջին օրենքի հավասարումը։
ΔU = Q – W
ΔU = ներքին էներգիայի փոփոխությունը, Q = ջերմություն, W = աշխատանք
Որոշեք աշխատանքը (Վտ) հաստատուն ճնշման դեպքում՝
W = P ΔV = (2 x 105 ) (0.001) = (2 x 102 ) (1) = (200)(1) = 200 Ջոուլ
Ջերմունակության (Q) հավասարումը որոշելը՝ օգտագործելով ջերմունակության (C) հավասարումը։
C = Q / ΔT
Q = (C) (ΔT) = (5) (50) = 250 Ջուլ
Որոշեք ներքին էներգիայի փոփոխությունը.
ΔU = Q – W = 250 Ջոուլ – 200 Ջոուլ = 50 Ջոուլ։
- Որո՞նք են գազերի կինետիկ տեսության հիմնական ենթադրությունները։
- Պատասխան Գազերի կինետիկ տեսությունը ենթադրում է, որ՝ (ա) Գազերը բաղկացած են մեծ թվով մանր մասնիկներից, որոնք գտնվում են անընդհատ պատահական շարժման մեջ, (բ) Այս մասնիկները մեծ հեռավորություն ունեն միմյանցից՝ համեմատած իրենց չափերի հետ, (գ) Գազային մասնիկների կամ մասնիկի և դրա տարայի պատերի միջև բախումները առաձգական են (այսինքն՝ կինետիկ էներգիա չի կորչում), (դ) Գազային մասնիկների միջև միջմոլեկուլային ուժեր չկան, և (ե) Գազային մասնիկների միջին կինետիկ էներգիան ուղիղ համեմատական է գազի բացարձակ ջերմաստիճանին։
- Ինչպե՞ս է գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան կապված գազի ջերմաստիճանի հետ։
- Պատասխան Գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան ուղիղ համեմատական է գազի բացարձակ ջերմաստիճանին (կելվիններով): Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան նույնպես մեծանում է:
- Ի՞նչ նշանակություն ունի բացարձակ զրոն մոլեկուլային շարժման տեսանկյունից։
- Պատասխան Բացարձակ զրոն (0 Կելվին) տեսականորեն այն ջերմաստիճանն է, որի դեպքում դադարում է մոլեկուլների բոլոր շարժումները։ Այն ներկայացնում է հնարավոր ամենացածր ջերմաստիճանը, որտեղ ոչինչ չի կարող ավելի սառը լինել, և նյութում ջերմային էներգիա չի մնում։
- Ո՞րն է ջերմադինամիկայի առաջին օրենքը ներքին էներգիայի, ջերմության և աշխատանքի տեսանկյունից։
- Պատասխան Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը նշում է, որ համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխությունը հավասար է համակարգին ավելացված ջերմությունից հանած համակարգի կողմից շրջապատի վրա կատարած աշխատանքը՝ ΔU = Q – W:
- Իզոքորիկ պրոցեսում ի՞նչ է կատարվում համակարգի կողմից կամ համակարգի վրա կատարված աշխատանքի հետ։
- Պատասխան Իզոքորիկ պրոցեսում ծավալը մնում է անփոփոխ։ Հետևաբար, համակարգի կողմից կամ համակարգի վրա աշխատանք չի կատարվում, քանի որ նման դեպքերում աշխատանքը տրվում է ճնշում-ծավալ աշխատանքով, որը զրո կլինի, եթե ծավալը չփոխվի։
- Ի՞նչ է նշանակում, երբ մենք ասում ենք, որ գազը «իդեալական» է։
- Պատասխան «Իդեալական» գազը այն գազն է, որը հետևում է իդեալական գազի օրենքին (PV = nRT) ջերմաստիճանի և ճնշման բոլոր պայմաններում: Դա նաև նշանակում է, որ գազը կատարելապես հետևում է կինետիկ տեսության դրույթներին՝ առանց միջմոլեկուլային ուժերի և կատարելապես առաձգական բախումների:
- Ինչպե՞ս են իրական գազերը տարբերվում իդեալական գազերի վարքից։
- Պատասխան Իրական գազերը շեղվում են իդեալական վարքից բարձր ճնշման և ցածր ջերմաստիճանների դեպքում։ Սա պայմանավորված է միջմոլեկուլային ուժերի առկայությամբ և գազի մոլեկուլների վերջավոր չափսերով։ Շեղումները նկարագրվում են վան դեր Վալսի հավասարմամբ և այլ նմանատիպ հավասարումներով։
-
Ինչո՞ւ կարելի է ջերմադինամիկայի առաջին օրենքը դիտարկել որպես պահպանման օրենք։
- Պատասխան Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը կարելի է համարել պահպանման օրենք, քանի որ այն նշում է, որ էներգիան չի կարող ստեղծվել կամ ոչնչացվել, այն միայն փոխանցվում կամ փոխակերպվում է մեկ ձևից մյուսին։ Սա արտացոլում է էներգիայի պահպանման սկզբունքը։
