Kazi iliyofanywa katika michakato ya thermodynamics - matatizo na suluhisho

Kazi iliyofanywa katika michakato ya thermodynamic - matatizo na suluhisho

1. Gesi bora hubanwa kutoka hali ya 1 hadi hali ya 2 kama inavyoonyeshwa kwenye grafu iliyo hapa chini. Amua kazi inayofanywa na gesi.

Suluhisho

Lita 1 = 0.001 m ³

Inajulikana: Kazi iliyofanywa katika michakato ya thermodynamic - matatizo na suluhisho 1

Shinikizo 1 (P ₁ ) = 10 kPa = 10,000 Pa = 10,000 N/m ²

Shinikizo 2 (P ₂ ) = 20 kPa = 20,000 Pa = 20,000 N/m ²

Juzuu ya 1 (V₁) = lita 4 = 4 (0.001 m³) = mita 0.004³

Juzuu ya 2 (V₂) = lita 10 = 10 (0.001 m³) = mita 0.010³

Inayohitajika: Kazi iliyofanywa na gesi (W)

Suluhisho:

W = P (V ₂ – V ₁ ) + 1/2 (P ₂ – P ₁ )(V ₂ – V ₁ )

W = 10,000 (0.010-0.004) + 1/2 (20,000-10,000) (0.010-0.004)

W = 10,000 (0.006) + 1/2 (10,000) (0.006)

W = 10 (6) + 1/2 (10) (6)

W = 60 + 1/2 (60)

W = 60 + 30

W = Jouli 90

2. Amua kazi inayofanywa na gesi katika mchakato wa abcda, kama inavyoonyeshwa kwenye grafu hapa chini.

Inajulikana:

Shinikizo 1 (P)₁) = 1 x 10⁵ Pa = 1 x 10⁵ N / m²

Shinikizo 2 (P ₂ ) = 3 x 10 ⁵ Pa = 3 x 10 ⁵ N/m ²

Juzuu ya 1 (V ₁ ) = 2 m ³

Juzuu ya 2 (V ₂ ) = 4 m ³

Inayohitajika: Kazi (W)

Suluhisho:

Kazi inayofanywa na gesi = eneo la abcd ya mstatili.

W = (P ₂ – P ₁ )(V ₂ – V ₁ )

W = (3 x 10 ⁵ – 1 x 10 ⁵ )(4 – 2)

W = (2 x 10 ⁵ )(2)

W = 4 x ¹⁰⁵ Jouli

W = Jouli 400,000

W = 400 kJ

3. Amua kazi inayofanywa na gesi katika mchakato wa ABCA.

Inajulikana:

Shinikizo 1 (P)₁) = 1 N/m²

Shinikizo 2 (P)₂) = 7 N/m²

Juzuu ya 1 (V ₁ ) = 1 m ³

Juzuu ya 2 (V ₂ ) = 5 m ³

Inayohitajika: Kazi (W)

Suluhisho:

Kazi iliyofanywa na gesi = eneo la pembetatu ABC

Angalia pia Sheria ya Boyle (joto la kawaida) - matatizo na suluhisho

W = ½ (P ₂ – P ₁ )(V ₂ – V ₁ )

W = ½ (7-1)(5-1)

W = ½ (6)(4)

W = ½ (24)

W = Jouli 12

Ufafanuzi wa kazi katika thermodynamics ni upi?
- Jibu: Katika thermodynamics, kazi hufafanuliwa kama uhamisho wa nishati kwenda au kutoka kwa mfumo ambao hautokani na tofauti ya halijoto kati ya mfumo na mazingira yake.
Kazi inahusianaje na mchoro wa ujazo wa shinikizo (PV) wa mchakato wa thermodynamic?
- Jibu: Katika mchoro wa PV, kazi inayofanywa na au kwenye mfumo wakati wa mchakato inawakilishwa na eneo lililo chini ya mkunjo wa mchakato. Kwa michakato inayohusisha gesi, kazi mara nyingi hutolewa na kiambatanisho cha P dV, ambapo P ni shinikizo na dV ni mabadiliko tofauti ya ujazo.
Ni kazi gani inayofanywa wakati wa mchakato wa isochoric?
- Jibu: Mchakato wa isochori hutokea kwa ujazo usiobadilika. Kwa kuwa hakuna mabadiliko ya ujazo, kazi inayofanywa wakati wa mchakato wa isochori ni sifuri.
Kazi inayofanywa katika upanuzi wa isobaric (shinikizo la mara kwa mara) inatofautianaje na ile katika upanuzi wa isothermal (joto la mara kwa mara) wa gesi bora?
- Jibu: Katika upanuzi wa isobaric, kazi huhesabiwa kama $W = P \times Δ V$ , ambapo P ni shinikizo la mara kwa mara na $Δ V$ ni mabadiliko ya ujazo. Kwa upanuzi wa isothermal wa gesi bora, kazi inaweza kuhesabiwa kwa kutumia mlinganyo $W = n RT ln (V ^{f/Vi})$ , ambapo n ni idadi ya moles, R ni kigezo cha gesi cha ulimwengu wote, na $V_{f}$ na $V_{i}$ ni juzuu za mwisho na za awali, mtawalia.
Sheria ya kwanza ya thermodynamics kuhusu kazi na nishati ina umuhimu gani?
- Jibu: Sheria ya kwanza ya thermodynamics inasema kwamba mabadiliko katika nishati ya ndani ya mfumo ni sawa na joto linaloongezwa kwenye mfumo ukiondoa kazi inayofanywa na mfumo kwenye mazingira yake. Inawakilisha kanuni ya uhifadhi wa nishati.
Kwa mchakato wa mzunguko kwenye mchoro wa PV, eneo lililofungwa linawakilisha nini?
- Jibu: Kwa mchakato wa mzunguko kwenye mchoro wa PV, eneo lililofungwa linawakilisha kazi ya mtandao iliyofanywa na au kwenye mfumo wakati wa mzunguko mmoja.
Kazi inayofanywa katika mchakato wa adiabatic inatofautianaje na mchakato wa isothermal kwa gesi bora?
- Jibu: Katika mchakato wa adiabatic, hakuna ubadilishanaji wa joto na mazingira, kwa hivyo kazi inayofanywa husababisha mabadiliko katika nishati ya ndani ya gesi. Kwa mchakato wa isothermal, halijoto hubaki sawa, na kazi yoyote inayofanywa inasawazishwa na kiwango sawa cha uhamishaji wa joto, kwa hivyo hakuna mabadiliko katika nishati ya ndani.
Kwa nini kazi inayofanywa katika mchakato usioweza kurekebishwa inaweza kuwa tofauti na mchakato unaoweza kurekebishwa hata kama hali za awali na za mwisho ni sawa?
- Jibu: Katika mchakato unaoweza kubadilishwa, kila hali ya kati kati ya hali za mwanzo na za mwisho iko katika usawa. Katika mchakato usioweza kurekebishwa, hii sivyo ilivyo. Njia zilizochukuliwa kwenye mchoro wa PV, na hivyo kazi iliyofanywa, zinaweza kutofautiana sana kati ya aina mbili za michakato, hata kama zinaanza na kuishia katika sehemu zile zile.
Uwepo wa tabia isiyofaa (halisi) ya gesi huathiri vipi hesabu za kazi katika michakato ya thermodynamic?
- Jibu: Kwa gesi halisi, kupotoka kutoka kwa tabia bora kunaweza kusababisha tofauti katika hesabu za kazi, haswa katika shinikizo kubwa au halijoto ya chini. Mlinganyo wa Van der Waals au mifumo mingine ya gesi halisi inaweza kuhitaji kutumika kuhesabu kupotoka huku.
Inamaanisha nini wakati kazi inayofanywa kwenye mfumo ni hasi?

Jibu: Wakati kazi inayofanywa kwenye mfumo ni hasi, inamaanisha mfumo unafanya kazi kwenye mazingira yake. Hii mara nyingi inalingana na upanuzi wa gesi dhidi ya shinikizo la nje.