Thermodynamik - Problemer a Léisungen

Thermodynamik - Problemer a Léisungen

Dat éischt Gesetz vun der Thermodynamik

1. Baséierend op dem Grafik PV hei ënnendrënner, wat ass de Verhältnes vun der Aarbecht , déi vum Gas am Prozess I gemaach gëtt, zu der Aarbecht, déi vum Gas am Prozess II gemaach gëtt?

Bekannt:

Prozess 1:

Drock (P) = 20 N/ ^m²

Ufanksvolumen (V1 ⁾ ₌ 10 Liter = 10 dm3 ⁼ 10 x ^10-3 m3

Endvolumen (V² ₎ = 40 Liter = 40 dm³ ^{= 40} x ^10⁻³ m³

Prozess 2:

Prozess (P) = 15 N/ ^m²

Ufanksvolumen (V1 ⁾ ₌ 20 Liter = 20 dm3 ⁼ 20 x ^10-3 m3

Endvolumen (V² ₎ = 60 Liter = 60 dm³ ^{= 60} x ^10⁻³ m³

Gewënscht: D'Verhältnes vun der Aarbecht, déi vum Gas gemaach gëtt

Léisung:

D'Aarbecht, déi vum Gas am Prozess I gemaach gëtt:

W = P ΔV = P(V2 _– V1 ₎ = (20)(40-10)(10-3 ^m3 ) ⁼ (20)(30)(10-3 ^m3 ) ⁼ (600)( ^10-3 m3 ⁾ = 0.6 ^m3

D'Aarbecht, déi vum Gas am Prozess II gemaach gëtt:

W = P ΔV = P(V2 _– V1 ₎ = (15)(60-20)(10-3 ^m3 ) ⁼ (15)(40)(10-3 ^m3 ) ⁼ (600)( ^10-3 m3 ⁾ = 0.6 ^m3

D'Verhältnes vun der Aarbecht, déi vum Gas am Prozess I an am Prozess II gemaach gëtt:

0.6 m³ ^: 0.6 ^m³

1: 1

2.

Baséierend op dem Grafik hei ënnendrënner, wéi eng Aarbecht gëtt vum Heliumgas am Prozess AB gemaach?

Bekannt:

Drock (P) = 2 x 10⁻⁶ ^N /m² ⁼ 2 x ^10⁻⁶ Pascal

Ufanksvolumen (V1 ⁾ ₌ ⁵ cm3 = 5 x ^10-6 m3

Endvolumen (V² ⁾ ₌ ¹⁵ cm³ = 15 x ^10⁻⁶ m³

Gesicht: Aarbecht duerch Gas am Prozess AB

Léisung:

W = ∆P ∆V

W = P ( _V2 – _V1 )

W = (2 x 10⁻¹ ⁾ (5 x 10⁻¹ ^– 5 x ^10⁻¹ )

W = (2 x 10⁻⁴ ⁾ (10 x ^10⁻⁶ ) = (2 x ^10⁻⁴ )(1 x ^10⁻⁴ )

W = 2 Joule

3.

Baséierend op dem Grafik hei ënnendrënner, wéi vill Aarbecht gëtt am Prozess AB gemaach?

Bekannt:

Ufanksdrock (P1 ₎ = 4 Pa ​​= 4 N/ ^m2

Enddrock (P² ₎ = 6 Pa = 6 N/ ^m²

Ufanksvolumen (V1 ₎ = 2 ^m3

Endvolumen (V² ₎ = 4 ^m³

Gesicht: Aarbecht fäerdeg Ech veraarbechten ab

Léisung:

Aarbecht vum Gas = Fläch ënner der Kurve ab

W = Fläch vum Dräieck + Fläch vum Rechteck

W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

W = 2 + 8

W = 10 Joule

4. Baséierend op der Grafik hei ënnendrënner, wat ass d'Aarbecht, déi am Prozess ABCA gemaach gëtt?

Léisung:

Aarbecht (W) = Fläch vum Dräieck ABC

W = ½ (20-10)(6 x 10 ⁵ – 2 x 10 ⁵ )

W = ½ (10)(4 x ¹⁰⁵ )

W = (5)(4 x ¹⁰⁵ )

B = 20 x ^10⁻¹

W = 2 x ^10² Joule

Hëtzt Motor

5. E Motor absorbéiert 2000 Joule Hëtzt bei héijer Temperatur a straalt 1200 Joule Hëtzt bei niddreger Temperatur of. Wat ass d'Effizienz vum Motor?

Bekannt:

Hëtztzoufuhr (Q _H ) = 2000 Joule

Hëtztleistung (Q _L ) = 1200 Joule

Aarbecht vum Motor (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule

Gewënscht: Effizienz (e)

Léisung:

e = W / Q _H

e = 800/2000

e = 0.4 x 100%

e = 40%

Carnot-Motor

6. E Motor absorbéiert Hëtzt bei 960 Kelvin an de Motor gëtt Hëtzt bei 576 Kelvin of. Wat ass d'Effizienz vum Motor?

Bekannt:

Héchst Temperatur (T _H ) = 960 K

Déif Temperatur (T _L ) = 576 K

Gewënscht: Effizienz (e)

Léisung:

Effizienz vum Carnot-Motor = 0.4 x 100% = 40%

7. Baséierend op dem Grafik hei ënnendrënner ass d'Aarbecht vum Motor 6000 Joule. Wéi vill Hëtzt gëtt vum Motor pro Krees ofginn?

Bekannt:

Aarbecht (W) = 6000 Joule

Héchst Temperatur (T _H ) = 800 Kelvin

Déif Temperatur (T _L ) = 300 Kelvin

Gewënscht: Hëtzt déi vum Motor ofgeleet gëtt

Léisung :

Carnot (ideal) Effizienz:

Hëtzt absorbéiert vum Carnot-Motor:

W = e Q ₁

6000 = (0.625) Q ₁

Q ₁ = 6000 / 0.625

Q ₁ = 9600

Hëtzt ofginn vum Carnot-Motor:

Q2 = _Q1 – _W

Q2 = 9600 – ₆₀₀₀

Q² = ₃₆₀₀ Joule

8. D'Effizienz vun engem Carnot-Motor ass 40%. Wann Hëtzt bei 727°C absorbéiert gëtt, wat ass dann déi niddreg Temperatur?

Bekannt:

Effizienz (e) = 40% = 40/100 = 0.4

Héchst Temperatur (T _H ) = 727 ^° C + 273 = 1000 K

Gewënscht: Niddreg Temperatur

Léisung:

T _L = 600 Kelvin – 273 = 327 ^° C

9. Baséierend op der Grafik hei ënnendrënner, wann de Motor 800 J Hëtzt absorbéiert, wat ass d'Aarbecht déi de Motor mécht?

Bekannt:

Héchst Temperatur (T _H ) = 600 Kelvin

Déif Temperatur (T _L ) = 250 Kelvin

Hëtztzoufuhr (Q1 ₎ = 800 Joule

Gesicht: Aarbecht (W)

Léisung:

D'Effizienz vum Carnot-Motor:

D'Aarbecht gouf vum Motor gemaach:

W = e Q ₁

W = (7/12)(800 Joule)

W = 466.7 Joule

10. Déi héchst Temperatur vun engem Carnot-Motor ass 600 K. Wann de Motor 600 J Hëtzt absorbéiert an déi niddreg Temperatur 400 K ass, wéi grouss ass dann d'Aarbecht, déi vum Motor gemaach gëtt?

Bekannt:

Déif Temperatur (T _L ) = 400 K

Héchst Temperatur (T _H ) = 600 K

Hëtztzoufuhr (Q1 ₎ = 600 Joule

Gesicht: Aarbecht gouf mat enger Carnot-Maschinn (W) gemaach

Léisung:

D'Effizienz vum Carnot-Motor:

D'Aarbecht gouf mat engem Carnot-Motor gemaach:

W = e Q ₁

W = (1/3)(600) = 200 Joule

1. Wat ass den Haaptfokus vun der Thermodynamik? ÄntwertD'Thermodynamik konzentréiert sech op d'Studie vun Energie, hiren Transformatiounen a senger Bezéiung mat der Matière, besonnesch a Systemer am Gläichgewiicht.
2. Wéi hänkt dat nullte Gesetz vun der Thermodynamik mat der Temperatur zesummen? ÄntwertD'Nullte Gesetz seet, datt wa béid Systemer all am thermesche Gläichgewiicht mat engem drëtte System sinn, da sinn se am thermesche Gläichgewiicht mateneen. Dëst implizéiert d'Existenz vun enger Eegeschaft mam Numm Temperatur, déi fir all Systemer am thermesche Gläichgewiicht d'selwecht ass.
3. Wat beschreift den éischte Gesetz vun der Thermodynamik? ÄntwertDat éischt Gesetz, och bekannt als Gesetz vun der Energieerhaalung, seet, datt Energie net erstallt oder zerstéiert ka ginn, nëmme vun enger Form an eng aner ëmgewandelt ka ginn. An engem zouene System ass d'Ännerung vun der interner Energie gläich der Hëtzt, déi dem System bäigefüügt gëtt, minus der Aarbecht, déi de System op seng Ëmgéigend leeschte kann.
4. Firwat ass dat zweet Gesetz vun der Thermodynamik entscheedend fir d'Richtung vun natierleche Prozesser ze verstoen? ÄntwertDat zweet Gesetz seet, datt d'Entropie (oder d'Stéierung) vun engem isoléierte System ëmmer eropgeet oder konstant bleift. Dëst diktéiert, datt Energie sech spontan zerstreet, wann se net dovunner ofgehale gëtt, wat natierleche Prozesser eng Richtung gëtt an am Fong erkläert, firwat verschidde Prozesser spontan optrieden, anerer net.
5. Wat ass Entropie, a wéi hänkt et mat Stéierungen an engem System zesummen? ÄntwertEntropie ass e Mooss fir d'Quantitéit un Energie an engem System, déi net verfügbar ass fir Aarbecht ze maachen. Si gëtt och dacks als e Mooss fir d'Onuerdnung oder d'Zoufällegkeet vum System beschriwwen. Am Allgemengen entsprécht eng méi héich Entropie enger méi grousser Onuerdnung oder Zoufällegkeet.
6. Wéi beschreift dat drëtt Gesetz vun der Thermodynamik d'Entropie vun engem perfekte Kristall um absoluten Nullpunkt? ÄntwertDat drëtt Gesetz seet, datt d'Entropie vun engem perfekte Kristall bei der absoluter Nulltemperatur (0 Kelvin) genau Null ass. Dëst bedeit, datt bei dëser Temperatur de System perfekt geuerdnet ass.
7. Firwat kann Hëtzt net eleng vun engem kale Kierper an en méi waarme Kierper fléissen? ÄntwertDëst Verhalen ass eng Konsequenz vum zweete Gesetz vun der Thermodynamik. Wann Hëtzt spontan vun engem kale Kierper op en méi waarme fléisse géif, géif dat zu enger Ofsenkung vun der Gesamtentropie vum System féieren, wat vun natierleche Prozesser net favoriséiert gëtt.
8. Wat ass den Ënnerscheed tëscht engem isoléierten, zouenen an oppene System an der Thermodynamik? ÄntwertEn isoléiert System tauscht keng Energie oder Matière mat senger Ëmgéigend aus. E geschlossene System kann Energie austauschen, awer et spillt keng Roll mat senger Ëmgéigend. En oppent System kann souwuel Energie wéi och Matière mat senger Ëmgéigend austauschen.
9. Wéi ënnerscheet sech de Konzept vun "Aarbecht" an der Thermodynamik vum alldeegleche Gebrauch vum Begrëff? ÄntwertAn der Thermodynamik bezitt sech "Aarbecht" op de Prozess vum Energietransfer, wou Kräften, déi op en Objet ausgeübt ginn, en an eng Richtung parallel zur Kraaft beweegen. Zum Beispill, wann e Gas géint e Kolben ausdehnt, mécht et Aarbecht um Kolben. Dëst ass eng méi spezifesch Definitioun am Verglach mat der alldeeglecher Notzung vu "Aarbecht", déi einfach all Aufgab oder Aktivitéit bedeite kéint.

10. Wat ass e Carnot-Zyklus, a firwat ass e wichteg an der Thermodynamik? Äntwert : De Carnot-Zyklus ass en idealiséierten thermodynamesche Zyklus, deen eng iewescht Grenz fir d'Effizienz setzt, déi all klassesch thermodynamesch Motor während der Ëmwandlung vun Hëtzt an Aarbecht (oder ëmgekéiert) erreeche kann. En ass wichteg, well en eng fundamental Effizienzgrenz op Basis vun den Temperaturen vun den Hëtztreservoiren, tëscht deenen e Motor funktionéiert, festleet.