Fa'aaogāina o le Tulafono Muamua o le Thermodynamics i le tele o faiga Thermodynamics

Mataupu i le Fa'aogaina o le Tulafono Muamua o le Thermodynamics i ni fa'agasologa Thermodynamic eseese

Sa tatou talanoaina muamua Tulafono Muamua o le Thermodynamics ma iloilo pisinisi e faatinoina e le faiga. O le taimi lenei, o le a tatou iloiloina ni nai faʻaoga o le Tulafono Muamua o le Thermodynamics i ni faiga thermodynamic e fa. O faiga thermodynamic e fa o loʻo fesiligia o le isothermal, isochoric, isobaric, ma le adiabatic. O nei faaupuga e afua mai i le gagana Eleni.

Fa'agasologa Isothermal (vevela tumau)

Muamua, se’i o tatou toe iloilo le fa’aaogaina o le tulafono muamua o le thermodynamics i se faiga isothermal. I se faiga isothermal, e tumau pea le vevela o le faiga. O le faiga o lo’o tatou iloiloina i le fa’avae o se kasa lelei. O le vevela o se kasa lelei e fa’atatau sa’o i le malosi i totonu o le kasa lelei (U = 3/2 nRT). Talu ai e tumau pea le tumau o le T, e tumau fo’i le tumau o le U. O le mea lea, pe a fa’aaogaina i se faiga isothermal, o le fua fa’atatau mo le tulafono muamua o le thermodynamics e avea ma:

Mai nei taunuuga e mafai ona faaiʻuina ai o se faagasologa isothermal (vevela tumau), o le vevela (Q) e faaopoopo i le faiga e faaaogaina e le faiga e fai ai galuega (W).

O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i se faagasologa isothermal o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:

I le amataga, o le voluma o le faiga = V₁ (volume la'ititi) ma le mamafa o le faiga = P₁ (mamafa maualuga). Ina ia tumau pea le vevela o le faiga, a uma ona faaopoopo le vevela i le faiga, e faalauteleina le faiga ma galue i mea o siomia ai. A uma ona galue le faiga i mea o siomia ai, e suia le voluma o le faiga i le V₂ (e fa'ateleina le voluma o le masini) ma suia le mamafa o le masini i le P₂ (e fa'aitiitia le mamafa o le faiga). E pi'o le kalafi ona e le suia soo le mamafa o le faiga i le taimi o le faagasologa. O le aofa'i o galuega e faia e le faiga = le vaega ua fa'alanuina.

Fa'agasologa Adiabatic

I se faiga adiabatic, e leai se vevela e faʻaopoopoina i totonu pe alu ese mai le faiga (Q = 0). E mafai ona tupu faiga adiabatic i totonu o faiga tapuni ma vavae ese lelei. Mo se faiga tapuni ma vavae ese lelei, e masani lava e leai se vevela e tafe atu i totonu pe alu ese mai le faiga i le taimi e te manaʻo ai. E mafai foi ona tupu faiga adiabatic i totonu o faiga tapuni ma e le vavae ese.

I lenei tulaga, e tatau ona faʻatinoina vave le faiga ina ia leai se taimi e tafe atu ai le vevela i totonu poʻo fafo atu o le faiga. A faʻaaogaina i se faiga adiabatic, e suia le Tulafono Muamua o le fua faʻatatau o le Thermodynamics i lenei foliga:

Afai e vave ona fa'apipi'i le faiga (e faia le galuega i le faiga), ona leaga lea o le galuega. Talu ai e leaga le W, ona lelei lea o le U (e fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga). I se isi itu, afai e vave ona fa'alautele pe fa'alauteleina le faiga (e galue le faiga), ona lelei lea o le W. Talu ai e lelei le W, ona leaga lea o le U (e fa'aitiitia le malosi i totonu o le faiga). O le malosi i totonu o le faiga (kesi lelei) e fa'atatau sa'o i le vevela (U = 3/2 nRT), o lea afai e fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga ona fa'ateleina fo'i lea o le vevela o le faiga. I se isi itu, afai e fa'aitiitia le malosi i totonu o le faiga ona fa'aitiitia lea o le vevela o le faiga.

O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i se faagasologa adiabatic o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:

Afai e vave ona fa'apipi'i le faiga (e faia le galuega i le faiga), ona leaga lea o le galuega. Talu ai e leaga le W, ona lelei lea o le U (e fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga). I se isi itu, afai e vave ona fa'alautele pe fa'alauteleina le faiga (e galue le faiga), ona lelei lea o le W. Talu ai e lelei le W, ona leaga lea o le U (e fa'aitiitia le malosi i totonu o le faiga). O le malosi i totonu o le faiga (kesi lelei) e fa'atatau sa'o i le vevela (U = 3/2 nRT), o lea afai e fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga ona fa'ateleina fo'i lea o le vevela o le faiga. I se isi itu, afai e fa'aitiitia le malosi i totonu o le faiga ona fa'aitiitia lea o le vevela o le faiga.

O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i se faagasologa adiabatic o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:

O le pi'o adiabatic i lenei kalafi (pi'o 1-2) e sili atu le ma'ai nai lo le pi'o isothermal (pi'o 1-3). O lenei eseesega i le ma'ai e fa'ailoa mai ai mo le fa'ateleina tutusa o le voluma, e sili atu le fa'aitiitia o le mamafa o le faiga i le fa'agasologa adiabatic pe a fa'atusatusa i le fa'agasologa isothermal. E sili atu le fa'aitiitia o le mamafa o le faiga i le fa'agasologa adiabatic aua a tupu le fa'alauteleina adiabatic, e fa'aitiitia fo'i le vevela o le faiga. E fa'atatau sa'o le vevela i le mamafa, o le mea lea, afai e fa'aitiitia le vevela o le faiga, e fa'aitiitia fo'i le mamafa o le faiga. I se isi itu, i se fa'agasologa isothermal, e tumau pea le vevela o le faiga. O le mea lea, i se fa'agasologa isothermal, e le afaina ai e le vevela le fa'aitiitia o le mamafa.

O se tasi faʻataʻitaʻiga o se faiga e faʻatatau i le faʻapipiʻiina o le adiabatic e tupu i totonu o afi mu i totonu, e pei o afi diesel ma afi penisini. I totonu o se afi diesel, e tosoina le ea i totonu o se silini ma faʻavave ona faʻapipiʻi e faʻaaoga ai se piston (e faia le galuega i luga o le ea). O le faiga o le faʻapipiʻiina o le adiabatic (faʻaitiitia o le voluma o le masini) o loʻo faʻaalia e le piʻo 2-1. Talu ai ona o le ea e faʻapipiʻiina vave i le adiabatic, e vave ona siʻitia le vevela o le ea. I le taimi lava e tasi, e faʻasusuina le diesel i totonu o le silini e ala i se injector, ma e faʻamumuina loa le paluga (e tupu le mu). I totonu o se afi penisini, e tosoina le paluga o le ea ma le penisini i totonu o le silini ma faʻavave ona faʻapipiʻi e faʻaaoga ai se piston. Talu ai o le faʻapipiʻiina e vave ona adiabatic, e vave ona siʻitia lona vevela. I le taimi lava e tasi, e gaosia ai e le poloka moli se aloiafi, ma mafua ai ona mu.

Fa'agasologa Isochoric (volume tumau)

I se faiga isochoric, e tumau pea le voluma o le faiga. Talu ai ona tumau pea le voluma o le faiga, e le mafai e le faiga ona faia galuega i mea o siomia ai. E faapena foi, e le mafai e mea o siomia ai ona faia galuega i mea o siomia ai. A faaaogaina i se faiga isochoric, o le fua faatatau o le Tulafono Muamua o Thermodynamics e avea ma:

Mai nei taunuuga, e mafai ona tatou faaiʻuina o se faagasologa isochoric (volume tumau), o le vevela (Q) e faaopoopo i le faiga e faaaogaina e faateleina ai le malosiaga i totonu o le faiga.

O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i se faagasologa isochoric o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:

Mamafa muamua o le faiga = p₁ (mamafa maualalo). O le fa'aopoopoina o le vevela i le faiga e mafua ai ona fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga. Talu ai ona fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga, e fa'ateleina ai fo'i le vevela o le faiga (kesi lelei) (U = 3/2 nRT). E fa'atatau sa'o le vevela i le mamafa. O le mea lea, afai e fa'ateleina le vevela o le faiga, e fa'ateleina fo'i le mamafa o le faiga (p₂). Talu ai e tumau le voluma o le faiga, e leai se galuega e faia (leai se vaega ua fa'alanu).

E pei ona taʻua muamua, i se faiga isochoric, e le mafai e le faiga ona faia galuega i mea o siomia ai. E faapena foi, e le mafai e mea o siomia ai ona faia galuega i le faiga. Ona o se faiga isochoric, e tumau pea le voluma o le faiga, o lona uiga e le suia. O nisi ituaiga o galuega e le aofia ai ni suiga i le voluma. O le mea lea, e tusa lava pe tumau pea le voluma o le faiga, e mafai lava ona faia galuega i le faiga. Mo se faataitaiga, o se ili ma se maa o loo i totonu o se pusa tapuni. E mafai e le ili ona feliuliuai e faaaoga ai le malosi e sapalaiina mai e le maa. I lenei tulaga, o le ili, maa, ma le ea i totonu o le pusa ua manatu o se faiga.

A feliuliua'i le ili, e galue lava i le ea i totonu o le koneteina. I le taimi lava e tasi, e liua le malosi fa'agaoioi o le ili i le malosi i le ea. E fa'aitiitia fa'alenatura le malosi eletise i totonu o le maa ona ua liua i le malosi i le ea. O lenei fa'ata'ita'iga e fa'aalia ai i se faiga isochoric (leo tumau), e mafai lava ona faia galuega i luga o le faiga (galuega e le aofia ai se suiga i le leo).

Fa'agasologa Isobaric (mamafa tumau)

I se faiga isobaric, e tumau pea le mamafa o le faiga. Talu ai o le tumau o le mamafa, o suiga i le malosiaga i totonu (delta U), vevela (Q), ma le galuega (W) i se faiga isobaric e le tutusa lava. O lea la, o le tulafono muamua o le thermodynamics e tumau pea:

ΔU = Q − W

O suiga i le mamafa ma le voluma o le kesi i le faagasologa isobaric o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:

I le amataga, o le voluma o le faiga = V₁ (volume laʻititi). Talu ai ona tumau pea le mamafa, a uma ona faʻaopoopo le vevela i le faiga, e faʻalautele le faiga ma faia galuega i mea o siomia ai. A uma ona faia galuega i mea o siomia ai, e suia le volum o le faiga i le V2 (e faʻateleina le volum o le faiga). O le aofaʻi o galuega (W) e faia e le faiga = le vaega ua faʻalanuina.

Fa'ata'ita'iga fesili 1:

O pi'o 1-2 i ata e lua o lo'o i lalo o lo'o fa'aalia ai le fa'alauteleina o le kesi (fa'ateleina o le voluma o le kesi) lea e tupu fa'asolosolo ma fa'asolosolo. O le fea faiga e itiiti ifo ai le galuega e faia e le kesi?

O le galuega e faia e le kesi i se faiga adiabatic e itiiti ifo nai lo le galuega e faia e le kesi i se faiga isothermal. O le vaega ua fa'alanuina = o le galuega e faia e le kesi i le taimi o le faiga fa'alauteleina (fa'ateleina o le voluma o le kesi). O le vaega ua fa'alanuina i se faiga adiabatic e itiiti ifo nai lo le vaega ua fa'alanuina i se faiga isothermal.

Fa'ata'ita'iga fesili 2:

O loʻo faʻaalia i le ata o loʻo i lalo se faasologa o faiga faʻavevela. O piʻo a-b ma le d-c = faiga isochoric (volume tumau). O piʻo b-c ma le a-d = faiga isobaric (mamafa tumau). I le faiga a-b, e 600 Joules o le vevela (Q) e faʻaopoopo i le faiga. I le faiga b-c, e 800 Joules o le vevela (Q) e faʻaopoopo i le faiga. Fuafua:

a) Suiga i le malosiaga i totonu i faiga a-b

b) Suiga i le malosiaga i totonu i le faagasologa a-b-c

c) Aofa'i o le vevela na fa'aopoopoina i le fa'agasologa a-d-c

P₁ = 2x10⁵ Pa = 2 x 10⁵ Leai / m²

P₂ = 4x10⁵ Pa = 4 x 10⁵ Leai / m²

V₁ = 2 lita = 2 dm³ = 2x10^-3 m³

V₂ = 4 lita = 2 dm³ = 4x10^-3 m³

Talanoaga

a) Suiga i le malosiaga i totonu i faiga a-b

I le faiga a-b, e 600 J o le vevela e faʻaopoopo i le faiga. O le faiga a-b o se faiga isochoric (volume tumau). I se faiga isochoric, o le faʻaopoopoina o le vevela i le faiga e naʻo le faʻateleina ai o le malosi i totonu o le faiga. O lea la, o le suiga i le malosi i totonu o le faiga pe a uma ona maua le sao o le vevela e:

ΔU = Q

ΔU = 600 J

b) Suiga i le malosiaga i totonu i le faagasologa a-b-c

Fa'agasologa a-b = fa'agasologa isochoric (volume tumau). I le fa'agasologa a-b, e fa'aopoopoina le 600 J o le vevela.

i le faiga. Talu ai e tumau le voluma, e leai se galuega e faia e le faiga.

Fa'agasologa b‐c = fa'agasologa isobaric (mamafa tumau). I le fa'agasologa b‐c, e 800 Joules o le vevela (Q) e fa'aopoopo i le faiga. I se fa'agasologa isobaric, e mafai e le faiga ona faia galuega. O le aofa'i o galuega e faia e le faiga i le fa'agasologa b‐c (fa'agasologa isobaric) o le:

W = P (V₂ - V₁) -‐‐‐ mamafa faifai pea

W = P₂ (V₂ - V₁)

W = 4 x 10⁵ Leai / m² (4x10^-3 m³ ‐ 2 x 10^-3 m³)

W = 4 x 10⁵ Leai / m² (2x10^-3 m³)

W = 8 x 10² Joule

W = 800 Joule

O le aofaʻi o le vevela na faʻaopoopo i le faiga i le faʻagasologa a-b-c e:

Q aofaʻi = Q ab + Q bc

Q aofaʻi = 600 J + 800 J

Q aofaʻi = 1400 Joule

O le aofaʻi o galuega na faia e le faiga i le faagasologa a-b-c e faapea:

Aofa'i atoa = W ab + W bc

Aofa'i atoa = 0 + W bc

Aofa'i atoa = 0 + 800 Joule

Aofa'i atoa = 800 Joule

O le suiga i le malosi i totonu o le faiga i le faagasologa a-b-c e faapea:

ΔU = Q − W

ΔU = 1400 J − 800 J

ΔU = 600 J

Suiga i le malosiaga i totonu i le faagasologa a-b-c = 600 J

c) Aofa'i o le vevela na fa'aopoopoina i le fa'agasologa a-d-c

O le aofaʻi atoa o le vevela e faʻaopoopo i le faiga e mafai ona maua e ala i le fua faʻatatau o loʻo i lalo:

ΔU = Q − W

Q = ΔU + W

Aofaʻi o le vevela na faʻaopoopoina i le faiga a-d-c = suiga i le malosiaga i totonu i le faiga a-d-c + galuega atoa na faia i le faiga a-d-c.

E aʻafia le vevela ma le galuega i le fesiitaiga o le malosi i le va o le faiga ma mea o loʻo siomia ai, aʻo suiga i malosiaga i totonu o se taunuuga o le fesiitaiga o le malosi i le va o le faiga ma le siosiomaga. O le mea lea, o suiga malosiaga i totonu e lē fa’alagolago i le fa’agasologa o le fesiitaiga o le malosi. I se isi itu, o le vevela ma le galuega e matuā fa’alagolago lava i le fa’agasologa. I se fa’agasologa isochoric (le tele tumau o le faiga), o le fesiitaiga o le malosi e na’o le vevela lava e iai, ae lē o le galuega. I se fa’agasologa isobaric (mamafa tumau), o le fesiitaiga o le malosi e aofia ai le vevela ma le galuega. E ui lava e tuto’atasi mai le fa’agasologa, o le suiga i le malosi i totonu e fa’alagolago i tulaga muamua ma tulaga mulimuli o le faiga. Afai e tutusa tulaga muamua ma tulaga mulimuli, o le suiga i le malosi i totonu e tutusa lava i taimi uma, e tusa lava pe eseese fa’agasologa o lo’o a’afia ai.

O le tulaga muamua ma le tulaga mulimuli mo le faagasologa a-b-c i le kalafi o loʻo i luga = le tulaga muamua ma le tulaga mulimuli o le faagasologa a-d-c. O lea la, o le suiga i le malosiaga i totonu i le faagasologa a-d-c = 600 J.

Aofa'i o galuega (W) na faia i le faagasologa a-d-c = W i le faagasologa a-d + W i le faagasologa d-c.

O le faagasologa a-d o se faagasologa isobaric (mamafa tumau), ae o le faagasologa d-c o se faagasologa isochoric (volume tumau). Talu ai e tumau le voluma, e leai se galuega e faia i le faagasologa d-c. Muamua, tatou te fuafuaina le galuega na faia i le faagasologa a-d.

W ad = P (V₂ - V₁)

W ad = P₁ (V₂ - V₁)

W ad = 2 x 10⁵ Leai / m² (4x10^-3 m³ ‐ 2 x 10^-3 m³)

W ad = 2 x 10⁵ Leai / m² (2x10^-3 m³)

W ad = 4 x 10² Joule

W ad = 400 Joule

Aofa'i atoa = W i le faagasologa a-d + W i le faagasologa d-c

Aofa'i atoa = 400 Joules + 0

Aofa'i atoa = 400 Joule

O lea la, o le aofaʻi o le vevela e faʻaopoopo i le faʻagasologa a-d-c e:

Q = ΔU + W

Q = 600 J + 400 J

Q = 1000 J

Fa'ata'ita'iga fesili 3:

E liua le 1 lita o le vai i le 1671 lita o le ausa pe a fa'apuna i le mamafa o le 1 atm. Fuafua le suiga o le malosiaga i totonu ma le aofa'i o galuega e faia e le vai pe a fa'amamago… (Vevela o le fa'amamago o le vai = L_V = 22,6x10⁵ (J/Kg)

Talanoaga

Mafiafia o le vai = 1000 kg/m³

L_V = 22,6x10⁵ J/Kg

P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa = 1,013 x 10⁵ Leai / m²

V₁ = 1 lita = 1 dm³ = 1x10^-3 m³ (Le tele o le vai)

V₂ = 1671 lita = 1671 dm³ = 1671x10^-3 m³ (Le tele o le ausa)

a) Suiga i le malosi i totonu

Suiga i le malosiaga i totonu = Vevela faaopoopo i le vai – Galuega e faia e le vai pe a liu suavai. Muamua, se’i o tatou fuafuaina le vevela (Q) faaopoopo i le vai...

Q = mL V

Mamafa (m) o le vai?

Mafiafia o le vai = mamafa o le vai / voluma o le vai

Mamafa o le vai (m) = (mafiafia o le vai)(tele o le vai)

Mamafa o le vai (m) = (1000 kg/m³)(1 x 10^-3 m³)

Mamafa o le vai (m) = (1000 kg/m³)(0,001 mita³)

Mamafa o le vai (m) = 1 Kg

Q = (1 kilokalama)(22,6 x 10⁵ J/kg)

Q = 22,6 x 10⁵ J

Fuafua le galuega (W) e faia e le vai pe a liu suavai. E tupu le pupuna o le vai i le mamafa faifai pea (isobaric process).

W = p (V₂ - V₁)

W = 1,013 x 10⁵ Leai / m² (1671x10^-3 m³ - 1 x 10^-3 m³)

W = 1,013 x 10⁵ Leai / m² (1670x10^-3 m³)

W = 1691,71 x 10² Joule

W = 1,7 x 10⁵ Joule

Suiga o le malosi i le vai:

ΔU = Q − W

ΔU = 22,6 x 10⁵ J − 1 , 7 x 10⁵ J

ΔU = 20,9 x 10⁵ J

ΔU = 21 x 10⁵ J

21 x 10⁵ O le vevela e fa'aopoopo i le vai e fa'aaogaina e fa'ateleina ai lona malosi i totonu (e fa'ato'ilaloina ai malosiaga fa'atosina i le va o molela'au e taofia ai le vai ia vai). I se isi faaupuga, 21 x 10⁵ E fa'aaogā le J e liua ai le vai i le ausa. A liu ausa le vai, 1,7 x 10⁵ O le J o totoe e faʻaaoga e fai ai galuega.

Fa'ata'ita'iga fesili 4:

E vave ona fa'alauteleina le 1 mole o le kesi i totonu o se tane i se auala adiabatic. O le vevela muamua o le kesi e 1000 K. A uma ona fa'alauteleina, e fa'aitiitia le vevela o le kesi i le 500 K. Fuafua le galuega e faia e le kesi... Talanoaga

E tupu le fa'alauteleina o le kesi i le auala adiabatic. I se faiga adiabatic, e leai se vevela e ulufale pe alu ese mai le faiga. O le mea lea, o le galuega e faia e le kesi = o le suiga i le malosiaga i totonu o le kesi. I le fa'amatematika, e tusia lenei mea e pei ona:

ΔU = Q − W po'o le W = Q − Δ U → Q = 0

W = 0 − ΔU

W = − ΔU

E mafai ona tatou fuafuaina le suiga o le malosiaga i totonu o se kesi e faʻaaoga ai le fuafuaga o le malosiaga i totonu o le kesi lelei:

ΔU = U i'uga – U amataga

ΔU = 3/2 nR (T mulimuli – T muamua)

ΔU = 3/2 (1 mol)(8,315 J/mol.K)(500 K – 1000 K)

ΔU = 3/2 (1 mol)(8,315 J/mol.K)(-500 K)

ΔU = ‐6236,25 J

O lea la, o le aofaʻi o galuega e faia e le kesi e:

W = − ΔU

W = − ( − 6236 , 25 J )

W = 6236, 25 J