Термодинамика – проблеми и решенија
Првиот закон на термодинамиката
1. Врз основа на графиконот PV подолу, кој е односот на работата извршена од гасот во процесот I, спрема работата извршена од гасот во процесот II?
Познато:
Процес 1:
Притисок (P) = 20 N/ m2
Почетен волумен (V1 ) = 10 литри = 10 dm3 = 10 x 10 -3 m3
Конечен волумен (V2 ) = 40 литри = 40 dm3 = 40 x 10-3 m3
Процес 2:
Процес (P) = 15 N/ m2
Почетен волумен (V1 ) = 20 литри = 20 dm3 = 20 x 10 -3 m3
Конечен волумен (V2 ) = 60 литри = 60 dm3 = 60 x 10-3 m3
Се бара: Односот на работата што ја врши гасот
Решение:
Работата што ја извршува гасот во процесот I:
W = P ΔV = P (V2 – V1 ) = (20)(40-10)(10-3 m3 ) = (20)(30)(10-3 m3 ) = (600)( 10-3 m3 ) = 0.6 m3
Работата што ја извршува гасот во процесот II:
W = P ΔV = P (V2 – V1 ) = (15)(60-20)(10-3 m3 ) = (15)(40)(10-3 m3 ) = (600)( 10-3 m3 ) = 0.6 m3
Односот на работата извршена од гасот во процесот I и процесот II:
0.6 м3 : 0.6 м3
1: 1
2.
Врз основа на графиконот подолу, колкава е работата што ја врши гасот хелиум во процесот AB?
Познато:
Притисок (P) = 2 x 10 5 N/m 2 = 2 x 10 5 Паскали
Почетен волумен (V1 ) = 5 cm3 = 5 x 10-6 m3
Конечен волумен (V2 ) = 15 cm3 = 15 x 10-6 m3
Се бара: Работа извршена од гас во процесот AB
Решение:
W = ΔP ΔV
W = P ( V2 – V1 )
W = (2 x 105 ) (15 x 10-6 – 5 x 10-6 )
W = (2 x 105 ) (10 x 10-6 ) = (2 x 105 )(1 x 10-5 )
W = 2 џули
3.
Врз основа на графиконот подолу, колкава е работата извршена во процесот AB?
Познато:
Почетен притисок (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
Конечен притисок (P2 ) = 6 Pa = 6 N/ m2
Почетен волумен (V1 ) = 2 m3
Конечен волумен (V2 ) = 4 м3
Се бара: завршена работа, обработувам AB
Решение:
Работа извршена од гас = површина под кривата ab
W = површина на триаголник + површина на правоаголник
П = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 џули
4. Врз основа на графиконот подолу, каква е работата што се извршува во процесот ABCA?
Решение:
Работа (W) = Површина на триаголникот ABC
W = ½ (20-10)(6 x 10 5 – 2 x 10 5 )
W = ½ (10)(4 x 105 )
W = (5)(4 x 105 )
W = 20 x 10 5
W = 2 x 10 6 Џул
5. Моторот апсорбира 2000 џули топлина на висока температура и испушта 1200 џули топлина на ниска температура. Колкава е ефикасноста на моторот?
Познато:
Влез на топлина (Q₂H ) = 2000 Џули
Топлинска моќност (QL ) = 1200 џули
Работа извршена од моторот (W) = 2000 – 1200 = 800 Џули
Се бара: ефикасност (e)
Решение:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40%
6. Моторот апсорбира топлина на 960 Келвини, а моторот испушта топлина на 576 Келвини. Колкава е ефикасноста на моторот.
Познато:
Висока температура (T⁻⁻⁻⁻ ) = 960 K
Ниска температура (T₂L ) = 576 K
Се бара: ефикасност (e)
Решение:
Ефикасност на Карноовиот мотор = 0.4 x 100% = 40%
7. Врз основа на графиконот подолу, работата што ја извршува моторот е 6000 Џули. Колкава е топлината што ја испушта моторот во секој круг?
Познато:
Работа (W) = 6000 Џули
Највисока температура (T⁻⁻⁻⁻ ) = 800 Келвини
Ниска температура (T L ) = 300 Келвини
Се бара: топлина што ја испушта моторот
Решение :
Карноова (идеална) ефикасност:
Топлина апсорбирана од Карноовиот мотор:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q 1
Q 1 = 6000 / 0.625
Q 1 = 9600
Топлина што ја испушта Карноовиот мотор:
Q2 = Q1 – W
Q2 = 9600 – 6000
Q2 = 3600 Џули
8. Ефикасноста на Карноовиот мотор е 40%. Ако топлината се апсорбира на 727°C, тогаш која е најниската температура.
Познато:
Ефикасност (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Највисока температура (T⁻⁻⁻⁻⁻ ) = 727 ° C + 273 = 1000 K
Се бара: Ниска температура
Решение:
T L = 600 Келвини – 273 = 327 o C
9. Врз основа на графиконот подолу, ако моторот апсорбира 800 J топлина, која е работата што ја извршува моторот?
Познато:
Највисока температура (T⁻⁻⁻⁻ ) = 600 Келвини
Ниска температура (T L ) = 250 Келвини
Влез на топлина (Q1 ) = 800 Џули
Барано: Работа (W)
Решение:
Ефикасност на Карноовиот мотор:
Работата ја изврши моторот:
W = e Q 1
W = (7/12) (800 џули)
W = 466.7 џули
10. Највисоката температура на Карноовиот мотор е 600 K. Ако моторот апсорбира 600 J топлина, а најниската температура е 400 K, која е работата што ја извршува моторот?
Познато:
Ниска температура (T₂L ) = 400 K
Висока температура (T⁻⁻⁻⁻ ) = 600 K
Влез на топлина (Q1 ) = 600 Џули
Се бара: Работата беше извршена со мотор Карно (W)
Решение:
Ефикасноста на Карноовиот мотор:
Работата беше извршена со Карноов мотор:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 џули
- Кој е главниот фокус на термодинамиката? одговорТермодинамиката се фокусира на проучување на енергијата, нејзините трансформации и нејзиниот однос со материјата, особено во системи во рамнотежа.
- Како е поврзан нултиот закон на термодинамиката со температурата? одговорНултиот закон наведува дека ако два система се во топлинска рамнотежа со трет систем, тогаш тие се во топлинска рамнотежа еден со друг. Ова имплицира постоење на својство наречено температура, кое е исто за сите системи во топлинска рамнотежа.
- Што опишува првиот закон на термодинамиката? одговорПрвиот закон, познат и како закон за зачувување на енергијата, наведува дека енергијата не може да се создаде или уништи, туку само да се претвори од една форма во друга. Во затворен систем, промената на внатрешната енергија е еднаква на топлината додадена на системот минус работата извршена од системот врз неговата околина.
- Зошто вториот закон за термодинамика е клучен за разбирање на насоката на природните процеси? одговорВториот закон наведува дека ентропијата (или нередот) на изолиран систем секогаш се зголемува или останува константна. Ова диктира дека енергијата спонтано се дисперзира, ако не е спречена во тоа, давајќи насока на природните процеси и во суштина објаснувајќи зошто одредени процеси се случуваат спонтано, додека други не.
- Што е ентропија и како е поврзана со нередот во еден систем? одговорЕнтропијата е мерка за количината на енергија во систем што не е достапна за извршување на работа. Исто така, често се опишува како мерка за нередот или случајноста на системот. Општо земено, поголема ентропија одговара на поголем неред или случајност.
- Како третиот закон за термодинамика ја опишува ентропијата на совршен кристал при апсолутна нула? одговорТретиот закон наведува дека ентропијата на совршен кристал е точно нула на апсолутна нула температура (0 Келвини). Ова значи дека на оваа температура, системот е совршено подреден.
- Зошто топлината не може сама по себе да помине од постудено тело кон потопло тело? одговорОва однесување е последица на вториот закон за термодинамика. Доколку топлината спонтано тече од постудено тело кон потопло, тоа би довело до намалување на вкупната ентропија на системот, што не е фаворизирано од природните процеси.
- Која е разликата помеѓу изолиран, затворен и отворен систем во термодинамиката? одговорИзолиран систем не разменува енергија или материја со околината. Затворен систем може да разменува енергија, но не е важен со околината. Отворен систем може да разменува и енергија и материја со околината.
- По што се разликува концептот на „работа“ во термодинамиката од секојдневната употреба на терминот? одговорВо термодинамиката, „работа“ се однесува на процесот на пренос на енергија каде што силите што се применуваат на некој предмет го движат во насока паралелна со силата. На пример, кога гасот се шири во однос на клипот, тој врши работа на клипот. Ова е поспецифична дефиниција во споредба со секојдневната употреба на „работа“, што може едноставно да значи која било задача или активност.
-
Што е Карноов циклус и зошто е значаен во термодинамиката? Одговор : Карноовиот циклус е идеализиран термодинамички циклус кој обезбедува горна граница на ефикасноста што може да ја постигне кој било класичен термодинамички мотор за време на претворањето на топлината во работа (или обратно). Значаен е бидејќи поставува фундаментална граница на ефикасност врз основа на температурите на резервоарите за топлина помеѓу кои работи моторот.
