თერმოდინამიკურ პროცესებში შესრულებული სამუშაოები - პრობლემები და გადაწყვეტილებები
1. იდეალური აირი შეკუმშულია 1-ლი მდგომარეობიდან მე-2 მდგომარეობაში, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ გრაფიკზე. განსაზღვრეთ აირის მიერ შესრულებული მუშაობა .
Solution
1 ლიტრი = 0.001 მ 3
ცნობილი:
წნევა 1 (P1 ) = 10 კპა = 10,000 პა = 10,000 ნ/ მ²
წნევა 2 (P2 ) = 20 კპა = 20,000 პა = 20,000 ნ/მ 2
მოცულობა 1 (V1 ) = 4 ლიტრი = 4 (0.001 მ 3 ) = 0.004 მ 3
მოცულობა 2 (V2 ) = 10 ლიტრი = 10 (0.001 მ 3 ) = 0.010 მ 3
სასურველი: აირის მიერ შესრულებული სამუშაო (W)
გამოსავალი:
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)
W = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 ჯოული
2. განსაზღვრეთ abcda პროცესში გაზის მიერ შესრულებული მუშაობა, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ გრაფიკზე.
ცნობილი:
წნევა 1 (P1) = 1 x 105 პა = 1 x 105 N / მ2
წნევა 2 (P2 ) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / მ²
მოცულობა 1 (V1 ) = 2 მ 3
მოცულობა 2 (V2 ) = 4 მ 3
სასურველი: სამუშაო (W)
გამოსავალი:
აირის მიერ შესრულებული სამუშაო = მართკუთხა abcd-ს ფართობი.
W = (P2 – P1 ) ( V2 – V1 )
W = (3 x 10 5 – 1 x 10 5 )(4 – 2)
W = (2 x 10 5 )(2)
W = 4 x 10 5 ჯოული
W = 400,000 ჯოული
W = 400 კჯ
3. განსაზღვრეთ ABCA პროცესში აირის მიერ შესრულებული მუშაობა.
ცნობილი:
წნევა 1 (P1) = 1 ნ/მ2
წნევა 2 (P2 ) = 7 ნ/მ 2
მოცულობა 1 (V1 ) = 1 მ 3
მოცულობა 2 (V2 ) = 5 მ 3
სასურველი: სამუშაო (W)
გამოსავალი:
გაზის მიერ შესრულებული სამუშაო = სამკუთხედის ABC ფართობი
W = ½ (P2 – P1 ) ( V2 – V1 )
მოგება = ½ (7-1)(5-1)
W = ½ (6)(4)
W = ½ (24)
W = 12 ჯოული
- რა არის თერმოდინამიკაში მუშაობის განმარტება?
- პასუხი: თერმოდინამიკაში მუშაობა განისაზღვრება, როგორც ენერგიის გადაცემა სისტემაში ან სისტემიდან, რომელიც არ არის გამოწვეული სისტემასა და მის გარემოს შორის ტემპერატურული სხვაობით.
- როგორ არის მუშაობა დაკავშირებული თერმოდინამიკური პროცესის წნევა-მოცულობის (PV) დიაგრამასთან?
- პასუხი: PV დიაგრამაში, პროცესის დროს სისტემის მიერ ან მასზე შესრულებული სამუშაო წარმოდგენილია პროცესის მრუდის ქვეშ არსებული ფართობით. აირების შემცველი პროცესებისთვის, სამუშაო ხშირად მოცემულია P dV ინტეგრალით, სადაც P არის წნევა და dV არის მოცულობის დიფერენციალური ცვლილება.
- რა არის შესრულებული სამუშაო იზოქორიული პროცესის დროს?
- პასუხი: იზოქორიული პროცესი მუდმივი მოცულობით მიმდინარეობს. რადგან მოცულობა არ იცვლება, იზოქორიული პროცესის დროს შესრულებული მუშაობა ნულის ტოლია.
- რით განსხვავდება იზობარული (მუდმივი წნევის) გაფართოების დროს შესრულებული მუშაობა იდეალური აირის იზოთერმული (მუდმივი ტემპერატურის) გაფართოების დროს შესრულებული სამუშაოსგან?
- პასუხი: იზობარულ გაფართოებაში, მუშაობა გამოითვლება როგორც , სადაც P არის მუდმივი წნევა და არის მოცულობის ცვლილება. იდეალური აირის იზოთერმული გაფართოებისთვის, სამუშაოს გამოთვლა შესაძლებელია განტოლების გამოყენებით , სადაც n არის მოლების რაოდენობა, R არის უნივერსალური აირის მუდმივა და მდე შესაბამისად, საბოლოო და საწყისი ტომებია.
- რა მნიშვნელობა აქვს თერმოდინამიკის პირველ კანონს მუშაობასა და ენერგიასთან დაკავშირებით?
- პასუხი: თერმოდინამიკის პირველი კანონი ამბობს, რომ სისტემის შინაგანი ენერგიის ცვლილება უდრის სისტემაზე დამატებულ სითბოს გამოკლებულ მუშაობას სისტემის მიერ მის გარემოზე შესრულებული სამუშაოს. ის წარმოადგენს ენერგიის შენახვის პრინციპს.
- PV დიაგრამაზე ციკლური პროცესის შემთხვევაში, რას წარმოადგენს შემოსაზღვრული ფართობი?
- პასუხი: PV დიაგრამაზე ციკლური პროცესის შემთხვევაში, შემოსაზღვრული ფართობი წარმოადგენს სისტემის მიერ ან მასზე ერთი ციკლის განმავლობაში შესრულებულ წმინდა მუშაობას.
- რით განსხვავდება ადიაბატურ პროცესში შესრულებული მუშაობა იდეალური აირის იზოთერმული პროცესისგან?
- პასუხი: ადიაბატურ პროცესში გარემოსთან სითბოს გაცვლა არ ხდება, ამიტომ შესრულებული სამუშაო აირის შინაგანი ენერგიის ცვლილებას იწვევს. იზოთერმული პროცესისთვის ტემპერატურა მუდმივი რჩება და ნებისმიერი შესრულებული სამუშაო დაბალანსებულია სითბოს გადაცემის თანაბარი რაოდენობით, ამიტომ შინაგანი ენერგია არ იცვლება.
- რატომ შეიძლება შეუქცევად პროცესში შესრულებული სამუშაო განსხვავდებოდეს შექცევადი პროცესისგან, მაშინაც კი, თუ საწყისი და საბოლოო მდგომარეობები ერთნაირია?
- პასუხი: შექცევად პროცესში, საწყის და საბოლოო მდგომარეობებს შორის თითოეული შუალედური მდგომარეობა წონასწორობაშია. შეუქცევად პროცესში ეს ასე არ არის. PV დიაგრამაზე აღებული ბილიკები და შესაბამისად, შესრულებული სამუშაო შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს ორი ტიპის პროცესის მიხედვით, მაშინაც კი, თუ ისინი იწყება და მთავრდება ერთსა და იმავე წერტილებში.
- როგორ მოქმედებს არაიდეალური (რეალური) აირის ქცევის არსებობა თერმოდინამიკურ პროცესებში მუშაობის გამოთვლებზე?
- პასუხი: რეალური აირების შემთხვევაში, იდეალური ქცევიდან გადახრებმა შეიძლება გამოიწვიოს სამუშაოს გამოთვლებში არსებული განსხვავებები, განსაკუთრებით მაღალი წნევის ან დაბალი ტემპერატურის დროს. ამ გადახრების აღსაწერად შეიძლება საჭირო გახდეს ვან დერ ვაალის განტოლების ან სხვა რეალური აირების მოდელების გამოყენება.
- რას ნიშნავს, როდესაც სისტემაზე შესრულებული სამუშაო უარყოფითია?
- პასუხი: როდესაც სისტემაზე შესრულებული სამუშაო უარყოფითია, ეს ნიშნავს, რომ სისტემა მუშაობას ასრულებს გარემოზე. ეს ხშირად შეესაბამება გაზის გაფართოებას გარე წნევის ზემოქმედების ქვეშ.
