Термодинамикалық процестерде орындалған жұмыстар

Термодинамикалық процестерде орындалған жұмыстар – мәселелер және оларды шешу жолдары

1. Төмендегі графикте көрсетілгендей, идеал газ 1-ші күйден 2-ші күйге дейін сығылады. Газдың атқаратын жұмысын анықтаңыз.

шешім

1 литр = 0.001 м ³

Белгілі: Термодинамикалық процестерде орындалған жұмыстар – мәселелер және оларды шешу жолдары 1

Қысым 1 (P1 ₎ = 10 кПа = 10 000 Па = 10 000 Н/ ^м2

Қысым 2 (P2 ₎ = 20 кПа = 20 000 Па = 20 000 Н/ ^м2

1-көлем (V1 ₎ = 4 литр = 4 (0.001 м3 ⁾ = 0.004 ^м3

2-көлем (V2 ₎ = 10 литр = 10 (0.001 м3 ⁾ = 0.010 ^м3

Қажетті: Газдың атқаратын жұмысы (W)

Шешімі:

W = P (V2 _– V1 ₎ + 1/2 ( _P2 – _P1 )( _V2 – _V1 )

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

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

Вт = 10 000 (6) + 1/2 (10 000)(6)

W = 60 + 1/2 (60)

W = 60 + 30

W = 90 Джоуль

2. Төмендегі графикте көрсетілгендей, abcda процесіндегі газдың атқаратын жұмысын анықтаңыз.

Белгілі:

Қысым 1 (P)₁) = 1 x 10⁵ Па = 1 x 10⁵ N / м²

Қысым 2 (P2 ₎ = 3 x 10 ⁵ Па = 3 x 10 ⁵ Н/ ^м2

1-көлем (V1 ₎ = 2 ^м3

2-көлем (V2 ₎ = 4 ^м3

Қажет: Жұмыс (W)

Шешімі:

Газдың атқарған жұмысы = тікбұрышты abcd ауданы.

W = (P ₂ – P ₁ )(V ₂ – V ₁ )

W = (3 x 10 ⁵ – 1 x 10 ⁵ )(4 – 2)

W = (2 x 10 ⁵ )(2)

W = 4 x ¹⁰⁵ Джоуль

W = 400,000 Джоуль

Вт = 400 кДж

3. ABCA процесіндегі газдың атқаратын жұмысын анықтаңыз.

Белгілі:

Қысым 1 (P)₁) = 1 Н/м²

Қысым 2 (P2 ₎ = 7 Н/ ^м2

1-көлем (V1 ₎ = 1 ^м3

2-көлем (V2 ₎ = 5 ^м3

Қажет: Жұмыс (W)

Шешімі:

Газдың атқарған жұмысы = АВС үшбұрышының ауданы

W = ½ (P ₂ – P ₁ )(V ₂ – V ₁ )

W = ½ (7-1)(5-1)

W = ½ (6)(4)

W = ½ (24)

W = 12 Джоуль

Термодинамикада жұмыстың анықтамасы қандай?
- Жауап: Термодинамикада жұмыс жүйе мен оны қоршаған орта арасындағы температура айырмашылығына байланысты емес жүйеге немесе жүйеден энергияның берілуі ретінде анықталады.
Жұмыс термодинамикалық процестің қысым-көлем (ҚК) диаграммасымен қалай байланысты?
- Жауап: PV диаграммасында процесс кезінде жүйенің немесе жүйенің атқаратын жұмысы процестің қисығы астындағы ауданмен көрсетіледі. Газдар қатысатын процестер үшін жұмыс көбінесе P dV интегралымен беріледі, мұндағы P - қысым, ал dV - көлемнің дифференциалды өзгерісі.
Изохоралық процесс кезінде атқарылатын жұмыс қандай?
- Жауап: Изохоралық процесс тұрақты көлемде жүреді. Көлем өзгерісі болмағандықтан, изохоралық процесс кезінде жасалатын жұмыс нөлге тең.
Идеал газдың изобаралық (тұрақты қысым) кеңеюіндегі жұмыс изотермиялық (тұрақты температура) кеңеюдегі жұмыстан қалай ерекшеленеді?
- Жауап: Изобаралық кеңеюде жұмыс келесідей есептеледі $W = P \times Δ V$ мұндағы P - тұрақты қысым және $Δ V$ көлемнің өзгеруі болып табылады. Идеал газдың изотермиялық кеңеюі үшін жұмысты теңдеуді пайдаланып есептеуге болады $W = n RT ln (V ^{f/Vi})$ , мұндағы n - моль саны, R - универсалды газ тұрақтысы, және $V_{f}$ және $V_{i}$ тиісінше соңғы және бастапқы томдар болып табылады.
Термодинамиканың бірінші заңының жұмыс пен энергияға қатысты маңызы қандай?
- Жауап: Термодинамиканың бірінші заңы жүйенің ішкі энергиясының өзгерісі жүйеге қосылған жылу мөлшерінен жүйенің қоршаған ортаға жасаған жұмысын алып тастағанға тең екенін айтады. Бұл энергияның сақталу принципін білдіреді.
PV диаграммасындағы циклдік процесс үшін жабық аймақ нені білдіреді?
- Жауап: PV диаграммасындағы циклдік процесс үшін жабық аймақ бір цикл кезінде жүйенің немесе жүйенің атқарған таза жұмысын білдіреді.
Адиабаталық процесте істелетін жұмыс идеал газ үшін изотермиялық процестен қалай ерекшеленеді?
- Жауап: Адиабаталық процесте қоршаған ортамен жылу алмасу болмайды, сондықтан жасалған жұмыс газдың ішкі энергиясының өзгеруіне әкеледі. Изотермиялық процесс үшін температура тұрақты болып қалады, және кез келген жасалған жұмыс жылу алмасудың тең мөлшерімен теңестіріледі, сондықтан ішкі энергияда өзгеріс болмайды.
Неліктен бастапқы және соңғы күйлер бірдей болса да, қайтымсыз процесте жасалған жұмыс қайтымды процестен өзгеше болуы мүмкін?
- Жауап: Қайтымды процесте бастапқы және соңғы күйлер арасындағы әрбір аралық күй тепе-теңдікте болады. Қайтымсыз процесте бұлай емес. PV диаграммасында жүргізілген жолдар және осылайша жасалған жұмыс екі типті процестер арасында айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін, тіпті олар бір нүктеден басталып, аяқталса да.
Идеал емес (нақты) газ мінез-құлқының болуы термодинамикалық процестердегі жұмыс есептеулеріне қалай әсер етеді?
- Жауап: Нақты газдар үшін идеалды мінез-құлықтан ауытқулар, әсіресе жоғары қысымда немесе төмен температурада, жұмыс есептеулеріндегі айырмашылықтарға әкелуі мүмкін. Бұл ауытқуларды есепке алу үшін Ван-дер-Ваальс теңдеуін немесе басқа нақты газ модельдерін пайдалану қажет болуы мүмкін.
Жүйеде жасалған жұмыс теріс болғанда, бұл нені білдіреді?

Жауап: Жүйеде жасалған жұмыс теріс болғанда, бұл жүйенің қоршаған ортаға жұмыс істейтінін білдіреді. Бұл көбінесе газдың сыртқы қысымға қарсы кеңеюіне сәйкес келеді.