Mataupu Faiga fa'avevela: Isothermal Adiabatic Isochoric Isobaric
E fa faiga fa'avevela (thermodynamic processes), e pei o le Isothermal, isochoric, isobaric ma le adiabatic.
Fa'agasologa Isothermal (vevela tumau)
I se faiga isothermal, e tumau pea le vevela o le faiga. I le fa'avae fa'avae, o le faiga ua su'esu'eina o se kesi lelei atoatoa. O le vevela o le kesi lelei atoatoa e fa'atatau sa'o lava i le malosi o le kesi lelei atoatoa i totonu (U = 3/2 n RT). E le suia le T, o lea e le suia ai fo'i le U. O lea la, afai e fa'aoga i le faiga isothermal, o le tulafono muamua o le fua fa'atatau thermodynamic e avea ma:
Δ U = Q – W
E lē suia le malosiaga i totonu, o lea la Δ U = 0.
0 = Q – W
Q = W
E faʻavae i luga o lenei fua faʻatatau, i le faiga isothermal (vevela tumau), o le vevela (Q) e faʻaopoopo i le faiga e faʻaaogaina e le faiga e faʻatino ai galuega (W).
O le suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i le faagasologa isothermal o loʻo faʻaalia e le kalafi o loʻo i lalo:
Voluma muamua o le faiga = V1 (volume la'ititi) ma le mamafa o le faiga = P1 (mamafa tele). Ina ia tumau le vevela o le masini, ona sosoo ai lea ma le faaopoopoina o le vevela i le masini, ona faalauteleina lea o le masini ma galue i le siosiomaga. A uma ona galue le masini i le siosiomaga, ona suia lea o le voluma o le masini i le V2 (fa'ateleina le voluma o le faiga) ma suia le mamafa o le faiga i le P2 (fa'aitiitia o le mamafa o le faiga). O le foliga o le kalafi e pi'o ona e le suia soo le mamafa o le faiga i le taimi o le faagasologa. Aofa'i o galuega e faia i le faiga = vaega ua fa'alanuina.
Fa'agasologa Adiabatic
I le faagasologa adiabatic, e leai se vevela e faaopoopo i le faiga pe tuua le faiga (Q = 0). E mafai ona tupu faagasologa adiabatic i faiga tapunia ua lelei ona vavaeese. Mo se faiga tapunia ua lelei ona fa'avevela, e masani lava e leai se vevela e tafe atu i totonu o le faiga pe tuua le faiga. E mafai foi ona tupu faagasologa adiabatic i faiga tapunia e le o vavaeese.
I lenei tulaga, e tatau ona faia vave le faagasologa ina ia aua ne'i tafe atu le vevela i le faiga po'o le alu ese mai le faiga. Afai e fa'aaogaina i se faiga adiabatic, o le tulafono muamua o le Thermodynamic equation o le a suia:
Δ U = Q – W
E leai se vevela o i totonu pe i fafo atu o le faiga, o lea la Q = 0.
Δ U = 0 – W
Δ U = -W
Afai e vave ona oomi 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 faateleina le malosi i totonu o le faiga). I se isi itu, afai e vave ona faalauteleina le faiga (e galue le faiga), ona lelei lea o le W. Talu ai e lelei le W, e leaga le U (e faaitiitia le malosi i totonu o le faiga). O le malosi i totonu o le faiga (kesi lelei) e tutusa ma le vevela (U = 3/2 n RT), o lea afai e faateleina le malosi i totonu o le faiga ona faateleina foi lea o le vevela o le faiga. I se isi itu, afai e faaitiitia le malosi i totonu o le faiga, ona faaitiitia lea o le vevela o le faiga.
O le suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i le 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 o le ma'ai e fa'aalia ai mo le fa'ateleina tutusa o le voluma, e sili atu ona fa'aitiitia le mamafa o le faiga i le fa'agasologa adiabatic nai lo le fa'agasologa isothermal. E sili atu ona fa'aitiitia 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 tutusa le vevela ma le mamafa, o lea afai e pa'ū le vevela o le faiga, e fa'aitiitia fo'i le mamafa o le faiga. E 'ese mai le fa'agasologa isothermal, e tumau pea le vevela o le faiga. O lea la, i le fa'agasologa isothermal, e le a'afia e le vevela le pa'ū o le mamafa.
O se tasi faʻataʻitaʻiga o se faiga adiabatically e tupu i totonu o se afi mu i totonu, e pei o se afi diesel ma se afi penisini. I afi diesel, e faʻaofiina le ea i totonu o le silini, ma oomi vave le ea i totonu o le silini e faʻaaoga ai se piston (e faia le galuega i luga o le ea). O le faiga o le faʻapipiʻiina adiabatic (faʻaitiitia o le voluma o le system) o loʻo faʻaalia i le curve 2-1. Ona o le vave o le mamafa adiabatic, e vave ona siʻitia le vevela. I le taimi lava e tasi, e faʻasusuina le diesel i totonu o le silini e ala i le injector, ma e vave ona faʻagaoioia le paluga. I se afi penisini, e faʻaofiina se paluga o le ea ma le penisini i totonu o le silini ona oomi vave lea e faʻaaoga ai se piston. Ona o le vave ona tuleia adiabatic, e vave ona siʻitia le vevela. I le taimi lava e tasi, e mu ai poloka afi ina ia tupu ai le faiga o le mu.
Fa'agasologa Isochoric (volume tumau)
I le faiga Isochoric, e tumau pea le voluma o le faiga. Talu ai e tumau pea le voluma o le faiga, e le mafai e le faiga ona galue i le siosiomaga. E le mafai foi e le siosiomaga ona faia galuega i le faiga. Afai e faʻaaogaina i le faiga isochoric, e suia le tulafono muamua o le fua faʻatatau thermodynamic i le:
Δ U = Q – W
E le galue le faiga i le siosiomaga, o lea W = 0
Δ U = Q – 0
Δ U = Q
Mai lenei taunuuga, e mafai ona tatou faaiʻuina o le faagasologa isochoric (volume tumau), o le vevela (Q) e faaopoopo i le faiga e faaaogaina e faateleina ai le malosi i totonu o le faiga. O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i le faagasologa isochoric o loo faaalia i le kalafi o loo i lalo:
I le taimi muamua, o le mamafa o le faiga = p 1 (mamafa laʻititi). O le vevela faaopoopo o le faiga e mafua ai ona faateleina le malosi i totonu o le faiga. A o faateleina le malosi i totonu o le faiga, e faateleina foi le vevela o le faiga (kesi lelei) (U = 3/2 n RT). E tutusa lelei le vevela ma le mamafa. O le mea lea, afai e faateleina le vevela o le faiga, ona faateleina lea o le mamafa o le faiga (p 2 ). Ona o le tumau pea o le voluma o le faiga, e leai se galuega e faia (leai se vaega ua ufitia).
I le faiga o le isochoric, e le mafai e le faiga ona faia galuega i le siosiomaga. E faapena foi, e le mafai e le siosiomaga ona faia galuega i le faiga. Ona o le mea lea, i se faiga o le isochoric, e tumau pea le voluma o le faiga. E iai nisi ituaiga o galuega e le aofia ai ni suiga o le voluma. O lea la, e ui lava e le suia le voluma o le faiga, ae e mafai lava ona faia galuega i le faiga. Mo se faataitaiga, o loo i ai se ili + maa i totonu o se pusa tapuni. E mafai e le ili ona feliuliuai e faaaoga ai le malosi mai le maa. I lenei tulaga, o ili, maa, ma le ea i totonu o le pusa e manatu o ni faiga.
A feliuliua’i le ili, e galue lava le ili, e pei ona iai i totonu o le koneteina. I le taimi lava e tasi, e liua le malosiaga gaioi o le ili i le malosiaga i le ea. O le malosiaga eletise i totonu o le maa, e moni lava, e fa’aitiitia ona ua suia lona foliga i le malosiaga i le ea. O lenei fa’ata’ita’iga e fa’aalia ai i le faiga isochoric (e tumau pea le voluma), e mafai lava ona faia galuega i luga o le faiga (galuega e le aofia ai suiga o le voluma).
Faiga Isobaric (mamafa faifai pea)
I se faiga isobaric, e tumau pea le mamafa o le faiga. Talu ai e tumau pea le mamafa, o le suiga o le malosi i totonu ( Δ U), le vevela (Q) ma le galuega (W) i le faiga isobaric e le o se zero. O lea la, o le fua muamua o le thermodynamics e leʻi suia.
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:
Muamua, le voluma o le faiga = V1 (volume laʻititi). Talu ai ona tumau pea le mamafa, o lea a uma ona faʻaopoopo le vevela i le faiga, e faʻalauteleina le faiga ma galue i le siosiomaga. A uma ona galue i le siosiomaga, e suia le volum o le faiga i le V2 (fa'ateleina o le voluma o le faiga). Aofa'i o galuega (W) na faia o le faiga = vaega ua fa'alanu.
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 la'ititi ai le galuega e faia e le kesi?
O le galuega e faia e kesi i le faagasologa adiabatic e itiiti ifo nai lo le galuega a kesi i le faagasologa isothermal. O le vaega ua ufitia i le paolo = galuega e faia e le kesi i le taimi o le faagasologa faalautele (faateleina o le voluma o le kesi). O le vaega ua ufitia i le paolo i le faagasologa adiabatic e itiiti ifo nai lo le vaega ua ufitia i le paolo o le faagasologa isothermal.
Fesili 2:
O fa'agasologa fa'avevela (thermodynamics) o lo'o fa'aalia i le ata o lo'o i lalo. O pi'o ab ma dc = fa'agasologa isochoric (volume tumau). O pi'o bc ma ad = fa'agasologa isobaric (mamafa tumau). I le fa'agasologa ab, e fa'aopoopoina le vevela (Q) 600 Joules i le faiga. I le fa'agasologa bc, e fa'aopoopoina le vevela (Q) 800 Joules i le faiga.
a) Suiga o le malosi i le faagasologa o le ab
b) Suiga o le malosi i le faagasologa abc
c) Aofa'i o le vevela na fa'aopoopo i le fa'agasologa o le ADC
P 1 = 2 x 10 5 Pa = 2 x 10 5 N / m 2
P 2 = 4 x 10 5 Pa = 4 x 10 5 N / m 2
V 1 = 2 lita = 2 dm 3 = 2 x 10 -3 m 3
V 2 = 4 lita = 2 dm 3 = 4 x 10 -3 m 3
fofo
a) Suiga o le malosiaga i totonu i le faagasologa o le ab
I le faagasologa ab, e 600 J le vevela e faaopoopo i le faiga. Faagasologa ab = faagasologa isochoric (volume tumau). I le faagasologa isochoric, o le faaopoopoina o le vevela i le faiga e na o le faateleina ai o le malosi i le faiga. O lea la, e suia le malosi i le faiga pe a uma ona maua le vevela:
ΔU = Q
ΔU = 600 J
b) Suiga o le malosi i le faagasologa abc
Fa'agasologa ab = fa'agasologa isochoric (volume tumau). I le fa'agasologa ab, e 600 J le vevela e fa'aopoopo i le faiga. Ona o le voluma tumau, e leai se galuega e faia e le faiga.
Fa'agasologa bc = fa'agasologa isobaric (mamafa tumau). I le fa'agasologa bc, e fa'aopoopoina le vevela (Q) 800 Joules i le faiga. I le 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 bc (fa'agasologa isobaric) o le:
W = P (V 2 – V 1 ) — mamafa faifai pea
W = P 2 (V 2 – V 1 )
W = 4 x 10 5 N /m2 ( 4 x 10 -3 m3 – 2 x 10 -3 m3 )
W = 4 x 105 N / m2 ( 2 x 10-3 m3 )
W = 8 x 10 2 Joule
W = 800 Joule
O le aofaʻi o le vevela e faʻaopoopo i le faiga i le faiga abc e:
Q aofaʻi = Q ab + Q bc
Q aofaʻi = 600 J + 800 J
Q aofaʻi = 1400 Joules
O le aofaʻi o galuega e faʻatinoina e le faiga i le faʻagasologa abc e:
Aofa'i atoa = W ab + W bc
Aofa'i atoa = 0 + W bc
Aofa'i atoa = 0 + 800 Joule
Aofa'i atoa = 800 Joule
Suiga o le malosiaga i totonu i le faagasologa abc = 600 J
c) Aofa'i o le vevela na fa'aopoopo i le faiga o le ADC
E mafai ona fuafuaina le aofaʻi o le vevela e faʻaopoopo i le faiga e ala i le fua faʻatatau o loʻo i lalo:
ΔU = Q – W
Q = ΔU + W
Aofa'i o le vevela e fa'aopoopo i le fa'agasologa adc = suiga o le malosiaga i totonu i le adc + galuega i totonu o le fa'agasologa adc.
E aofia ai le vevela ma le galuega i le fesiitaiga o le malosi i le va o faiga ma le siosiomaga, ae o suiga o le malosi i totonu e mafua mai i le fesiitaiga o le malosi i le va o le faiga ma le siosiomaga. O le mea lea, o le suiga o le malosi e le faalagolago i le faagasologa o le fesiitaiga o le malosi. I le isi itu, o le vevela ma le galuega e faalagolago i le faagasologa. I le faagasologa isochoric (faiga o le voluma faifai pea), o le fesiitaiga o le malosi e na o le vevela, ae leai. I le faagasologa isobaric (mamafa faifai pea), o le fesiitaiga o le malosi e aofia ai le vevela ma le galuega. E ui e le faalagolago i le faagasologa, ae suia le malosi e faalagolago i le tulaga muamua ma le tulaga o le faiga faaiu. Afai e tutusa tulaga muamua ma le tulaga mulimuli, o suiga i le malosi e tutusa lava i taimi uma, e ui lava e eseese le faagasologa.
O tulaga muamua ma tulaga mulimuli mo le faagasologa abc i le kalafi i luga = tulaga muamua ma tulaga mulimuli o le faagasologa adc. O lea la, o le malosiaga i totonu e suia i le faagasologa o le adc = 600 J.
Aofa'i (W) o galuega na faia i le adc = W faiga i le ad + W i le faiga dc.
O le fa'agasologa o le ad o se fa'agasologa isobaric (malosi tumau), ae o le fa'agasologa dc o se fa'agasologa isochoric (volume tumau). Ona o le voluma tumau, e leai se galuega e faia i le fa'agasologa dc. Muamua, matou te fuafuaina le galuega e faia i le fa'agasologa ad.
W ad = P (V 2 ‐ V 1 )
W ad = P 1 (V 2 ‐ V 1 )
W ad = 2 x 10⁻5 N /m⁻2 ( 4 x 10‐3 m ‐ 3 x 10‐3 m ‐3 )
W ad = 2 x 10‐3 m ‐ 3 )
W ad = 4 x 10 2 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 na faʻaopoopo i le faʻagasologa o le ADC e:
Q = ΔU + W
Q = 600 J + 400 J
Q = 1000 J
Fesili 3:
E liua le 1 lita o le vai i le 1671 lita o le ausa pe a fa'apuna i le mamafa e 1 atm. Fuafua le suiga o le malosi i totonu ma le galuega e faia e le vai pe a liu suavai … (Vela o le liu suavai mo le vai = L V = 22.6 x 10 5 J/Kg)
fofo
Mafiafia o le vai = 1000 kg/ m3
Vevela o le ausa mo le vai (L V ) = 22.6 x 10 5 J / Kg
P = 1 atm = 1.013 x 10 5 Pa = 1.013 x 10 5 N/ m2
V 1 = 1 lita = 1 dm 3 = 1 x 10 -3 m 3 (Volume o le vai)
V 2 = 1671 lita = 1671 dm 3 = 1671 x 10 -3 m 3 (Volume o le ausa)
a) Suiga i le malosi i totonu
Suiga i le malosiaga i totonu = Vevela faaopoopo i le vai toesea Galuega e faia e le vai pe a liu suavai. Faitauga muamua Vevela (Q) faaopoopo i le vai …
Q = m L V
Mafiafia o le vai = tele o le vai / tele o le vai
Tele o le vai (m) = tele o le vai x tele o le vai
Tele o le vai (m) = (1000 kg/m3 ) ( 1 x 10 -3 m3 )
Tele o le vai (m) = (1000 kg/m 3 ) (0.001 m 3 )
Tele o le vai (m) = 1 kg
Q = (1 kg) (22.6 x 105 J / kg)
Q = 22.6 x 10 5 J
Fuafua le galuega (W) e faia e le vai pe a fa'apuna. E tupu le fa'apuna o le vai i le mamafa tumau (isobaric process).
W = p (V 2 – V 1 )
W = 1.013 x 10 5 N /m² ( 1671 x 10 -3 m³ – 1 x 10 -3 m³ )
W = 1.013 x 105 N / m2 ( 1670 x 10-3 m3 )
W = 1691.71 x 10 2 Joule
W = 1.7 x 105 Joules
Suiga i le malosiaga i totonu o le vai:
ΔU = Q – W
ΔU = 22.6 x 10 5 J – 1.7 x 10 5 J
ΔU = 20.9 x 10 5 J
ΔU = 21 x 10 5 J
O le vevela o le 21 x 10 5 Joule e fa'aopoopo i le vai e fa'aaogaina e fa'ateleina ai le malosi i totonu (e fa'ato'ilaloina ai malosiaga fe'avea'i i le va o molela'au e taofia ai le vai ia solo). I se isi faaupuga, o le 21 x 10 5 J e fa'aaogaina e liua ai le vai i le ausa. A liu ausa le vai, o le 1.7 x 10 5 J o totoe e fa'aaogaina e fai ai galuega.
Fesili 4:
E vave ona fa'alauteleina le 1 mole o le kesi i totonu o se tane e aunoa ma se fa'asalalauga. I le taimi muamua, o le vevela o le kesi = 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 …
fofo
E tupu le fa'alauteleina o le kesi i le auala adiabatic. I le fa'agasologa adiabatic, e leai se vevela e ulufale pe alu ese mai le faiga. O lea la, o le galuega e faia i le kesi = suiga o le malosi i le kesi.
ΔU = Q – W po'o le W = Q – ΔU → Q = 0
W = 0 – ΔU
W = – ΔU
E mafai ona tatou fuafuaina suiga o le malosi i le kesi e faʻaaoga ai le fua faʻatatau o le malosi i le kesi lelei:
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
