Газдардын кинетикалык теориясы жана термодинамиканын биринчи мыйзамы – маселелер жана аларды чечүү жолдору
1. Идеалдуу газдар көлөмү 4 литр болгон идиште жана анын басымы 3 атм (1 атм = 105 Ж m-2). The идеалдуу газдар 27ден баштап туруктуу басым менен ысытылатo87 үчүн CoC. The жылуулук сыйымдуулугу газдын көлөмү 9 Дж.к.-1Газдардын акыркы көлөмү жана газдардын ички энергиясынын өзгөрүшү деген эмне?
чечим
Изобардык процесс (туруктуу басым)
Белгилүү:
Газдын баштапкы көлөмү (V1) = 4 литр
Баштапкы температура газдын (T)1) = 27oC + 273 = 300 K
Газдын акыркы температурасы (T)2) = 87oC + 273 = 360 K
Газдын басымы (P) = 3 атм = 3 x 105 Ж m-2
Газдын жылуулук сыйымдуулугу (C) = 9 ДжК-1
Каалаган: Газдын акыркы көлөмү (V2) жана газдын ички энергиясынын өзгөрүшү (ΔU)
Чечим:
Төмөнкү теңдемени колдонуп, акыркы көлөмдү аныктаңыз Чарльз мыйзамы (изобаралык процесс же туруктуу басым):
Көлөмдүн өзгөрүшү:
1 литр = 0.001 м3
Баштапкы көлөм (V)1) = 4 (0.001 м3) = 0.004 м3
Акыркы көлөм (V)2) = 4.8 (0.001 м3) = 0.0048 м3
Көлөмдүн өзгөрүшү (ΔV) = V2 - V1 = 0.0048 м3 - 0.004 м3 = 0.008 м3.
Температуранын өзгөрүшү:
Температуранын өзгөрүшү (ΔT) = T2 - T1 = 360 K – 300 K = 60 K
Термодинамиканын биринчи мыйзамынын теңдемесин колдонуп, идеалдуу газдын ички энергиясынын өзгөрүшүн (ΔU) аныктагыла.
ΔU = Q – W
ΔU = ички энергиянын өзгөрүшү, Q = жылуулук, W = жумуш
Туруктуу басымдагы жумушту (Вт) аныктаңыз:
W = P ΔV = (3 x 105)(0.0008) = (3 x 101)(8) = (30)(8) = 240 Джоуль
Жылуулук сыйымдуулугунун (C) теңдемесин колдонуп, жылуулук сыйымдуулугун (Q) аныктаңыз:
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 Джоуль
Ички энергиянын өзгөрүшүн аныктагыла:
ΔU = Q – W = 540 Джоуль – 240 Джоуль = 300 Джоуль.
2. Идиштин ичинде 2 атм басымдагы 6 литр идеалдык газ бар (1 атм = 105 Ж m-2Газ 27 градустан баштап ысытылат.o77 үчүн CoC туруктуу басымда. Эгерде газдын жылуулук сыйымдуулугу 5 ДжК болсо-1, газдын акыркы көлөмү жана ички энергиясынын өзгөрүшү кандай.
Чечим:
Изобардык процесс (туруктуу басым)
Белгилүү:
Идеалдуу газдардын баштапкы көлөмү (V)1) = 6 литр
Идеалдуу газдардын баштапкы температурасы (Т)1) = 27oC + 273 = 300 K
Идеалдуу газдардын акыркы температурасы (T)2) = 77oC + 273 = 350 K
Идеалдуу газдардын басымы (P) = 2 атм = 2 x 105 Ж m-2
Газдардын жылуулук сыйымдуулугу (C) = 5 ДжК-1
Wanted: Газдын акыркы көлөмү (V)2) жана газдын ички энергиясынын өзгөрүшү (ΔU)
Чечим:
Шарль законунун теңдемесин (изобаралык процесс же туруктуу басым) колдонуп, газдын акыркы көлөмүн аныктаңыз:
Көлөмдүн өзгөрүшү:
1 литр = 0.001 м3
Баштапкы көлөм (V)1) = 6 (0.001 м3) = 0.006 м3
Акыркы көлөм (V)2) = 7 (0.001 м3) = 0.007 м3
Көлөмдүн өзгөрүшү (ΔV) = V2 - V1 = 0.007 м3 - 0.006 м3 = 0.001 м3
Температуранын өзгөрүшү:
Температуранын өзгөрүшү (ΔT) = T2 - T1 = 350 K – 300 K = 50 K
Термодинамиканын биринчи мыйзамынын теңдемесин колдонуп, идеалдуу газдардын ички энергиясынын өзгөрүшүн (ΔU) аныктагыла.
ΔU = Q – W
ΔU = ички энергиянын өзгөрүшү, Q = жылуулук, W = жумуш
Туруктуу басымдагы жумушту (Вт) аныктаңыз:
W = P ΔV = (2 x 105)(0.001) = (2 x 102)(1) = (200)(1) = 200 Джоуль
Жылуулук сыйымдуулугунун (C) теңдемесин колдонуп, жылуулук сыйымдуулугун (Q) аныктаңыз:
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 Джоуль
Ички энергиянын өзгөрүшүн аныктагыла:
ΔU = Q – W = 250 Джоуль – 200 Джоуль = 50 Джоуль.
- Газдардын кинетикалык теориясынын негизги божомолдору кайсылар?
- деп жооп берет: Газдардын кинетикалык теориясы төмөнкүлөрдү болжолдойт: (а) Газдар тынымсыз кокустук кыймылда болгон көп сандагы майда бөлүкчөлөрдөн турат; (б) Бул бөлүкчөлөр өз өлчөмүнө салыштырмалуу бири-биринен алыс жайгашкан; (в) Газ бөлүкчөлөрүнүн же бөлүкчө менен анын идишинин дубалдарынын кагылышуусу серпилгичтүү (б.а., кинетикалык энергия жоголбойт); (г) Газ бөлүкчөлөрүнүн ортосунда молекулалар аралык күчтөр жок; жана (д) Газ бөлүкчөлөрүнүн орточо кинетикалык энергиясы газдын абсолюттук температурасына түз пропорционалдуу.
- Газ молекулаларынын орточо кинетикалык энергиясы газдын температурасы менен кандай байланышта?
- деп жооп берет: Газ молекулаларынын орточо кинетикалык энергиясы газдын абсолюттук температурасына (Кельвин менен) түз пропорционалдуу. Температура жогорулаган сайын молекулалардын орточо кинетикалык энергиясы да жогорулайт.
- Абсолюттук нөлдүн молекулярдык кыймыл жагынан мааниси кандай?
- деп жооп берет: Абсолюттук нөл (0 Кельвин) теориялык жактан бардык молекулярдык кыймыл токтогон температура. Ал эч нерсе муздак боло албаган жана затта жылуулук энергиясы калбаган эң төмөнкү температураны билдирет.
- Ички энергия, жылуулук жана жумуш боюнча термодинамиканын биринчи закону кандай?
- деп жооп берет: Термодинамиканын биринчи закону боюнча, системанын ички энергиясынын өзгөрүшү системага кошулган жылуулуктан системанын айлана-чөйрөгө жасаган жумушун алып салганга барабар: ΔU = Q – W.
- Изохоралык процессте система тарабынан же анын үстүндө аткарылган жумуш эмне болот?
- деп жооп берет: Изохоралык процессте көлөм туруктуу бойдон калат. Демек, система тарабынан же анын үстүндө эч кандай жумуш аткарылбайт, анткени мындай учурларда жумуш басым-көлөм жумушу менен берилет, эгерде көлөм өзгөрбөсө, ал нөлгө барабар болот.
- Газ "идеалдуу" деп айтканда эмнени билдирет?
- деп жооп берет: "Идеалдуу" газ - бул температуранын жана басымдын бардык шарттарында идеалдуу газ мыйзамына (PV = nRT) баш ийген газ. Бул ошондой эле газ молекулалар аралык күчтөрсүз жана кемчиликсиз серпилгич кагылышууларсыз кинетикалык теориянын постулаттарын кемчиликсиз аткараарын билдирет.
- Реалдуу газдар идеалдуу газдардын жүрүм-турумунан кандайча айырмаланат?
- деп жооп берет: Реалдуу газдар жогорку басымда жана төмөнкү температурада идеалдуу жүрүм-турумдан четтейт. Бул молекулалар аралык күчтөрдүн болушуна жана газ молекулаларынын чектүү өлчөмүнө байланыштуу. Четтөөлөр ван-дер-Ваальс теңдемеси жана башка ушул сыяктуу теңдемелер менен сүрөттөлөт.
-
Эмне үчүн термодинамиканын биринчи мыйзамын сактоо мыйзамы катары кароого болот?
- деп жооп берет: Термодинамиканын биринчи мыйзамын сактоо мыйзамы деп эсептөөгө болот, анткени ал энергияны түзүүгө же жок кылууга болбойт, бир түрдөн экинчи түргө гана өткөрүлүп же айландырылат деп айтат. Бул энергиянын сакталуу принцибин чагылдырат.
