ఉష్ణగతిక ప్రక్రియలు: సమోష్ణ స్థిరోష్ణ సమఘన సమపీడన

వ్యాసం ఉష్ణగతిక ప్రక్రియలు : సమోష్ణ స్థిరోష్ణ సమఘన సమపీడన

నాలుగు ఉష్ణగతిక ప్రక్రియలు ఉన్నాయి, అవి సమోష్ణ, సమఘనపరిమాణ, సమపీడన మరియు స్థిరోష్ణ ప్రక్రియలు.

ఐసోథర్మల్ ప్రక్రియ (స్థిర ఉష్ణోగ్రత)

సమోష్ణ ప్రక్రియలో, వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రత స్థిరంగా ఉంచబడుతుంది. సిద్ధాంతపరంగా, విశ్లేషించబడిన వ్యవస్థ ఒక ఆదర్శ వాయువు. ఆదర్శ వాయువు ఉష్ణోగ్రత, ఆదర్శ వాయువు యొక్క అంతర్గత శక్తికి (U = 3/2 n RT) అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. T మారదు, కాబట్టి U కూడా మారదు. అందువల్ల, సమోష్ణ ప్రక్రియకు వర్తింపజేస్తే, ఉష్ణగతిక సమీకరణం యొక్క మొదటి నియమం ఇలా అవుతుంది:

Δ U = Q – W

అంతర్గత శక్తి మారదు, కాబట్టి Δ U = 0.

0 = Q – W

Q = W

ఈ సమీకరణం ఆధారంగా, సమోష్ణ ప్రక్రియలో (స్థిర ఉష్ణోగ్రత), వ్యవస్థకు చేర్చబడిన ఉష్ణం (Q) పని (W) చేయడానికి వ్యవస్థచే ఉపయోగించబడుతుంది.

ఐసోథర్మల్ ప్రక్రియలో సిస్టమ్ యొక్క పీడనం మరియు ఘనపరిమాణంలో మార్పును క్రింది గ్రాఫ్ ద్వారా వివరించబడింది:

మొదటి సిస్టమ్ వాల్యూమ్ = V₁ (చిన్న పరిమాణం) మరియు సిస్టమ్ పీడనం = P₁ (అధిక పీడనం). వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రత స్థిరంగా ఉండాలంటే, వ్యవస్థకు ఉష్ణం జోడించిన తర్వాత, వ్యవస్థ వ్యాకోచించి పరిసరాలపై పని చేస్తుంది. వ్యవస్థ పరిసరాలపై పని చేసిన తర్వాత, వ్యవస్థ ఘనపరిమాణం V కి మారుతుంది.₂ (సిస్టమ్ వాల్యూమ్ పెరుగుతుంది) మరియు సిస్టమ్ పీడనం P కి మారుతుంది₂ (వ్యవస్థ పీడనం తగ్గుతుంది). ప్రక్రియ సమయంలో వ్యవస్థ పీడనం క్రమంగా మారదు కాబట్టి గ్రాఫ్ ఆకారం వక్రంగా ఉంటుంది. వ్యవస్థ చేసిన పని మొత్తం = నీడ వేసిన ప్రాంతం.

అడియాబాటిక్ ప్రక్రియ

స్థిరోష్ణ ప్రక్రియలో, వ్యవస్థలోకి ఉష్ణం ప్రవేశించదు లేదా వ్యవస్థ నుండి ఉష్ణం బయటకు వెళ్ళదు (Q = 0). స్థిరోష్ణ ప్రక్రియలు బాగా వేరుచేయబడిన మూసివేసిన వ్యవస్థలలో సంభవించవచ్చు. బాగా ఇన్సులేట్ చేయబడిన మూసివేసిన వ్యవస్థలో, సాధారణంగా వ్యవస్థలోకి ఉష్ణం ప్రవహించదు లేదా వ్యవస్థ నుండి ఉష్ణం బయటకు వెళ్ళదు. స్థిరోష్ణ ప్రక్రియలు వేరుచేయబడని మూసివేసిన వ్యవస్థలలో కూడా సంభవించవచ్చు.

ఈ సందర్భంలో, ఉష్ణం వ్యవస్థలోకి ప్రవహించకుండా లేదా వ్యవస్థ నుండి బయటకు వెళ్లకుండా ఉండేందుకు ఈ ప్రక్రియను వేగంగా చేయాలి. ఒక అడియాబాటిక్ ప్రక్రియకు వర్తింపజేస్తే, మొదటి నియమ ఉష్ణగతిక సమీకరణ సమీకరణం మారుతుంది:

Δ U = Q – W

వ్యవస్థలోకి ఉష్ణం రావడం గానీ, బయటకు వెళ్లడం గానీ జరగదు, కాబట్టి Q = 0.

Δ U = 0 – W

Δ U = -W

వ్యవస్థను వేగంగా నొక్కితే (వ్యవస్థపై పని జరిగితే), అప్పుడు పని రుణాత్మకంగా ఉంటుంది. W రుణాత్మకంగా ఉన్నందున, U ధనాత్మకంగా ఉంటుంది (వ్యవస్థలోని శక్తి పెరుగుతుంది). దీనికి విరుద్ధంగా, వ్యవస్థ వేగంగా వ్యాకోచిస్తే (వ్యవస్థ పని చేస్తే), అప్పుడు W ధనాత్మకంగా ఉంటుంది. W ధనాత్మకంగా ఉన్నందున, U రుణాత్మకంగా ఉంటుంది (వ్యవస్థలోని శక్తి తగ్గుతుంది). వ్యవస్థలోని (ఆదర్శ వాయువు) శక్తి ఉష్ణోగ్రతకు అనుపాతంలో ఉంటుంది (U = 3/2 n RT), కాబట్టి వ్యవస్థలోని శక్తి పెరిగితే, వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రత కూడా పెరుగుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, వ్యవస్థలోని శక్తి తగ్గితే, వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది.

స్థిరోష్ణ ప్రక్రియలో వ్యవస్థ పీడనం మరియు ఘనపరిమాణంలో మార్పును క్రింది గ్రాఫ్ వివరిస్తుంది:

ఈ గ్రాఫ్‌లోని అడియాబాటిక్ వక్రం (వక్రాలు 1-2), ఐసోథర్మల్ వక్రం (వక్రాలు 1-3) కంటే ఎక్కువ వాలుగా ఉంది. ఈ వాలులోని వ్యత్యాసం ఏమి చూపిస్తుందంటే, ఒకే ఘనపరిమాణం పెరిగినప్పుడు, ఐసోథర్మల్ ప్రక్రియ కంటే అడియాబాటిక్ ప్రక్రియలో సిస్టమ్ పీడనం ఎక్కువగా తగ్గుతుంది. అడియాబాటిక్ ప్రక్రియలో సిస్టమ్ పీడనం ఎక్కువగా తగ్గుతుంది, ఎందుకంటే అడియాబాటిక్ వ్యాకోచం జరిగినప్పుడు, సిస్టమ్ ఉష్ణోగ్రత కూడా తగ్గుతుంది. ఉష్ణోగ్రత పీడనానికి అనుపాతంలో ఉంటుంది, కాబట్టి సిస్టమ్ ఉష్ణోగ్రత తగ్గితే, సిస్టమ్ పీడనం కూడా తగ్గుతుంది. ఐసోథర్మల్ ప్రక్రియకు విరుద్ధంగా, సిస్టమ్ ఉష్ణోగ్రత ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, ఐసోథర్మల్ ప్రక్రియలో, ఉష్ణోగ్రత పీడన తగ్గుదలను ప్రభావితం చేయదు.

డీజిల్ ఇంజిన్ మరియు గ్యాసోలిన్ ఇంజిన్ వంటి అంతర్గత దహన యంత్రాలలో జరిగే ప్రక్రియ ఒక అడియాబాటిక్ ప్రక్రియకు ఉదాహరణ. డీజిల్ ఇంజిన్లలో, గాలిని సిలిండర్‌లోకి పంపి, పిస్టన్‌ను ఉపయోగించి సిలిండర్ లోపల ఉన్న గాలిని వేగంగా నొక్కుతారు (గాలిపై పని జరుగుతుంది). ఈ అడియాబాటిక్ సంపీడన ప్రక్రియను (వ్యవస్థ ఘనపరిమాణం తగ్గడం) వక్రరేఖ 2-1 ద్వారా వివరించబడింది. వేగవంతమైన అడియాబాటిక్ పీడనం కారణంగా, ఉష్ణోగ్రత వేగంగా పెరుగుతుంది. అదే సమయంలో, ఇంజెక్టర్ ద్వారా డీజిల్‌ను సిలిండర్‌లోకి స్ప్రే చేస్తారు, మరియు ఈ మిశ్రమం తక్షణమే ప్రేరేపించబడుతుంది. గ్యాసోలిన్ ఇంజిన్‌లో, గాలి మరియు గ్యాసోలిన్ మిశ్రమాన్ని సిలిండర్‌లోకి పంపి, ఆపై పిస్టన్‌ను ఉపయోగించి వేగంగా నొక్కుతారు. దీనిని అడియాబాటిక్‌గా వేగంగా నెట్టడం వలన, ఉష్ణోగ్రత వేగంగా పెరుగుతుంది. అదే సమయంలో, స్పార్క్ ప్లగ్‌లు మండి, దహన ప్రక్రియ జరుగుతుంది.

ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియ (స్థిర ఘనపరిమాణం)

ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలో, వ్యవస్థ ఘనపరిమాణం స్థిరంగా ఉంచబడుతుంది. వ్యవస్థ ఘనపరిమాణం ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది కాబట్టి, వ్యవస్థ పరిసరాలపై పని చేయలేదు. అలాగే పరిసరాలు కూడా వ్యవస్థపై పని చేయలేదు. ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియకు వర్తింపజేస్తే, ఉష్ణగతిక సమీకరణం యొక్క మొదటి నియమం ఈ విధంగా మారుతుంది:

Δ U = Q – W

ఈ వ్యవస్థ పర్యావరణంపై పనిచేయదు, కాబట్టి W = 0

Δ U = Q – 0

Δ U = Q

ఈ ఫలితం నుండి, ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలో (స్థిర ఘనపరిమాణం), వ్యవస్థకు జోడించబడిన ఉష్ణం (Q) వ్యవస్థలోని శక్తిని పెంచడానికి ఉపయోగించబడుతుందని మనం నిర్ధారించవచ్చు. ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలో వ్యవస్థ పీడనం మరియు ఘనపరిమాణంలో మార్పులు క్రింది గ్రాఫ్ ద్వారా వివరించబడ్డాయి:

మొదట, వ్యవస్థ పీడనం = p ₁ (అల్ప పీడనం). వ్యవస్థ యొక్క అదనపు ఉష్ణం, వ్యవస్థలోని శక్తిని పెంచుతుంది. వ్యవస్థలోని శక్తి పెరిగేకొద్దీ, వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రత (ఆదర్శ వాయువు) పెరుగుతుంది (U = 3/2 n RT). ఉష్ణోగ్రత పీడనానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. అందువల్ల, వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే, వ్యవస్థ పీడనం పెరుగుతుంది (p ₂ ). వ్యవస్థ ఘనపరిమాణం స్థిరంగా ఉండటం వలన, ఎటువంటి పని జరగదు (నీడ ఉన్న ప్రాంతం ఉండదు).

ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలో, వ్యవస్థ పరిసరాలపై పని చేయలేదు. అదేవిధంగా, పరిసరాలు వ్యవస్థపై పని చేయలేదు. ఎందుకంటే, ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలో, వ్యవస్థ యొక్క ఘనపరిమాణం ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది. ఘనపరిమాణ మార్పులతో సంబంధం లేని కొన్ని రకాల పనులు ఉన్నాయి. కాబట్టి వ్యవస్థ యొక్క ఘనపరిమాణం మారనప్పటికీ, వ్యవస్థపై పని చేయవచ్చు. ఉదాహరణకు, ఒక మూసివున్న పాత్రలో ఫ్యాన్ మరియు బ్యాటరీ ఉన్నాయి. బ్యాటరీ నుండి వచ్చే శక్తిని ఉపయోగించి ఫ్యాన్ తిరగగలదు. ఈ సందర్భంలో, ఫ్యాన్లు, బ్యాటరీలు మరియు పాత్రలోని గాలిని వ్యవస్థలుగా పరిగణిస్తారు.

ఫ్యాన్ తిరిగినప్పుడు, అది కంటైనర్‌లో ఉంటూ పని చేస్తుంది. అదే సమయంలో, ఫ్యాన్ యొక్క గతి శక్తి గాలిలోని శక్తిగా మారుతుంది. బ్యాటరీలోని విద్యుత్ శక్తి, గాలిలోని శక్తిగా రూపాంతరం చెందడం వల్ల, సహజంగానే తగ్గుతుంది. ఈ ఉదాహరణ ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలో (ఘనపరిమాణం ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది), వ్యవస్థపై పని చేయవచ్చని (ఘనపరిమాణ మార్పులతో సంబంధం లేని పని) చూపిస్తుంది.

ఐసోబారిక్ ప్రక్రియ (స్థిర పీడనం)

ఐసోబారిక్ ప్రక్రియలో, సిస్టమ్ పీడనం స్థిరంగా ఉంచబడుతుంది. పీడనం స్థిరంగా ఉంటుంది కాబట్టి, ఐసోబారిక్ ప్రక్రియలో అంతర్గత శక్తి మార్పు ( ΔU ), ఉష్ణం (Q) మరియు పని (W) సున్నా కావు. అందువల్ల, మొదటి ఉష్ణగతిక శాస్త్ర నియమం యొక్క సూత్రం మారలేదు.

ΔU = Q − W

ఐసోబారిక్ ప్రక్రియలో పీడనం మరియు వాయు పరిమాణంలో మార్పులను క్రింది గ్రాఫ్ వివరిస్తుంది:

మొదట, సిస్టమ్ వాల్యూమ్ = V₁ (చిన్న ఘనపరిమాణం). పీడనం స్థిరంగా ఉంచబడినందున, వ్యవస్థకు ఉష్ణం అందించిన తర్వాత, వ్యవస్థ వ్యాకోచించి పరిసరాలపై పని చేస్తుంది. పరిసరాలపై పని చేసిన తర్వాత, వ్యవస్థ ఘనపరిమాణం V కి మారుతుంది.₂ (వ్యవస్థ ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది). వ్యవస్థ చేసిన పని మొత్తం (W) = నీడ ఉన్న ప్రాంతం.

ప్రశ్న 1:

క్రింద ఉన్న రెండు రేఖాచిత్రాలలోని 1-2 వక్రాలు స్థిరోష్ణంగా మరియు సమోష్ణంగా జరిగే వాయు వ్యాకోచాన్ని (వాయు ఘనపరిమాణం పెరుగుదలను) చూపుతున్నాయి. ఏ ప్రక్రియలో వాయువు చేసే పని తక్కువగా ఉంటుంది?

స్థిరోష్ణ ప్రక్రియలో వాయువులు చేసే పని, సమోష్ణ ప్రక్రియలో వాయువులు చేసే పని కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. నీడపడిన ప్రాంతం = వ్యాకోచ ప్రక్రియలో (వాయువు ఘనపరిమాణం పెరగడం) వాయువు చేసిన పని. స్థిరోష్ణ ప్రక్రియలోని నీడపడిన ప్రాంతం, సమోష్ణ ప్రక్రియలోని నీడపడిన ప్రాంతం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.

ప్రశ్న 2:

ఉష్ణగతిక ప్రక్రియలు క్రింది పటంలో చూపబడ్డాయి. ab మరియు dc వక్రాలు = ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలు (స్థిర ఘనపరిమాణం). bc మరియు ad వక్రాలు = ఐసోబారిక్ ప్రక్రియలు (స్థిర పీడనం). ab ప్రక్రియలో, వ్యవస్థకు 600 జౌల్స్ ఉష్ణం (Q) జోడించబడుతుంది. bc ప్రక్రియలో, వ్యవస్థకు 800 జౌల్స్ ఉష్ణం (Q) జోడించబడుతుంది.

a) ab ప్రక్రియలో శక్తి మార్పులు

బి) abc ప్రక్రియలో శక్తి మార్పులు

c) ADC ప్రక్రియకు జోడించబడిన మొత్తం ఉష్ణం

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 లీటర్లు = 2 dm ³ = 2 x 10 ^-3 m ³

V ₂ = 4 లీటర్లు = 2 dm ³ = 4 x 10 ^-3 m ³

సొల్యూషన్

a) ab ప్రక్రియలో అంతర్గత శక్తి మార్పులు

ab ప్రక్రియలో, వ్యవస్థకు 600 J ఉష్ణం జోడించబడుతుంది. ప్రక్రియ ab = ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియ (స్థిర ఘనపరిమాణం). ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలో, వ్యవస్థలో ఉష్ణాన్ని జోడించడం వల్ల వ్యవస్థలోని శక్తి మాత్రమే పెరుగుతుంది. అందువల్ల, ఉష్ణాన్ని స్వీకరించిన తర్వాత వ్యవస్థలో శక్తి మార్పులు:

ΔU = Q

ΔU = 600 J

బి) abc ప్రక్రియలో శక్తి మార్పులు

ప్రక్రియ ab = ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియ (స్థిర ఘనపరిమాణం). ab ప్రక్రియలో, వ్యవస్థకు 600 J ఉష్ణం జోడించబడుతుంది. స్థిర ఘనపరిమాణం కారణంగా, వ్యవస్థ ద్వారా ఎటువంటి పని జరగదు.

ప్రక్రియ bc = ఐసోబారిక్ ప్రక్రియ (స్థిర పీడనం). bc ప్రక్రియలో, వ్యవస్థకు 800 జౌల్స్ ఉష్ణం (Q) జోడించబడుతుంది. ఐసోబారిక్ ప్రక్రియలో, వ్యవస్థ పని చేయగలదు. bc ప్రక్రియలో (ఐసోబారిక్ ప్రక్రియ) వ్యవస్థ చేసిన పని మొత్తం:

W = P (V ₂ – V ₁ ) — స్థిర పీడనం

W = P ₂ (V ₂ – V ₁ )

W = 4 x 10 ⁵ N/m ² (4 x 10 ^-3 m ³ – 2 x 10 ^-3 m ³ )

W = 4 x 10 ⁵ N/m ² (2 x 10 ^-3 m ³ )

W = 8 x 10 ² జౌల్

W = 800 జౌల్

abc ప్రక్రియలో వ్యవస్థకు జోడించబడిన మొత్తం ఉష్ణం:

Q మొత్తం = Q ab + Q bc

Q మొత్తం = 600 J + 800 J

Q మొత్తం = 1400 జౌల్స్

abc ప్రక్రియలో సిస్టమ్ ద్వారా నిర్వహించబడిన మొత్తం పని:

W మొత్తం = W ab + W bc

W మొత్తం = 0 + W bc

W మొత్తం = 0 + 800 జౌల్

W మొత్తం = 800 జౌల్

abc ప్రక్రియలో అంతర్గత శక్తి మార్పులు = 600 J

c) ADC ప్రక్రియకు జోడించబడిన మొత్తం ఉష్ణం

వ్యవస్థకు చేర్చబడిన మొత్తం ఉష్ణాన్ని క్రింది సమీకరణం ద్వారా లెక్కించవచ్చు:

ΔU = Q – W

Q = ΔU + W

adc ప్రక్రియకు జోడించబడిన మొత్తం ఉష్ణం = adc లోని అంతర్గత శక్తి మార్పులు + adc ప్రక్రియలోని పని.

వ్యవస్థలకు మరియు పర్యావరణానికి మధ్య జరిగే శక్తి బదిలీలో ఉష్ణం మరియు పని ఉంటాయి, అయితే వ్యవస్థ మరియు పర్యావరణం మధ్య జరిగే శక్తి బదిలీ ఫలితంగా అంతర్గత శక్తి మార్పులు సంభవిస్తాయి. అందువల్ల, శక్తిలో మార్పు అనేది శక్తి బదిలీ ప్రక్రియపై ఆధారపడి ఉండదు. మరోవైపు, ఉష్ణం మరియు పని అనేవి ప్రక్రియపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియలో (స్థిర ఘనపరిమాణం గల వ్యవస్థ), శక్తి బదిలీ కేవలం ఉష్ణం రూపంలో మాత్రమే ఉంటుంది, పని రూపంలో ఉండదు. ఐసోబారిక్ ప్రక్రియలో (స్థిర పీడనం), శక్తి బదిలీలో ఉష్ణం మరియు పని ఉంటాయి. ప్రక్రియపై ఆధారపడనప్పటికీ, శక్తిలో మార్పులు ప్రారంభ స్థితి మరియు అంతిమ వ్యవస్థ యొక్క స్థితిపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ప్రారంభ మరియు అంతిమ స్థితులు ఒకే విధంగా ఉంటే, ప్రక్రియ భిన్నంగా ఉన్నప్పటికీ శక్తిలో మార్పులు ఎల్లప్పుడూ ఒకే విధంగా ఉంటాయి.

పై గ్రాఫ్‌లోని abc ప్రక్రియ యొక్క ప్రారంభ మరియు తుది స్థితులు = adc ప్రక్రియ యొక్క ప్రారంభ మరియు తుది స్థితులు. అందువల్ల, adc ప్రక్రియలో అంతర్గత శక్తి మార్పులు = 600 J.

adc పై జరిగిన మొత్తం (W) పని = ad పై జరిగిన ప్రక్రియ యొక్క W + dc ప్రక్రియ యొక్క W.

ad ప్రక్రియ ఒక ఐసోబారిక్ ప్రక్రియ (స్థిర పీడనం), అయితే dc ప్రక్రియ ఒక ఐసోకోరిక్ ప్రక్రియ (స్థిర ఘనపరిమాణం). స్థిర ఘనపరిమాణం కారణంగా, dc ప్రక్రియపై ఎటువంటి పని జరగదు. మొదట, మనం ad ప్రక్రియపై జరిగిన పనిని గణిస్తాము.

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 ‐ 2 x 10 ^‐3 m ³ )

W ad = 2 x 10 ⁵ N/m ² (2 x 10 ^‐3 m ³ )

W ad = 4 x 10 ² జౌల్

W ప్రకటన = 400 జౌల్

మొత్తం W = ప్రక్రియ a-d లోని W + ప్రక్రియ d-c లోని W

W మొత్తం = 400 జౌల్స్ + 0

W మొత్తం = 400 జౌల్

ఈ విధంగా, ADC ప్రక్రియకు జోడించబడిన ఉష్ణం యొక్క పరిమాణం:

Q = ΔU + W

Q = 600 J + 400 J

Q = 1000 J

ప్రశ్న 3:

1 atm పీడనం వద్ద 1 లీటరు నీటిని మరిగించినప్పుడు అది 1671 లీటర్ల ఆవిరిగా మారుతుంది. నీరు ఆవిరైనప్పుడు దాని అంతర్గత శక్తి మార్పును మరియు నీరు చేసిన పనిని లెక్కించండి … (నీటి బాష్పీభవన ఉష్ణం = L _V = 22.6 x 10 ⁵ J/Kg)

సొల్యూషన్

నీటి సాంద్రత = 1000 కిలోగ్రాములు/ ^{ఘన మీటర్}

నీటి బాష్పీభవన ఉష్ణం (LV ₎ = 22.6 x 10⁵ ^J / Kg

P = 1 atm = 1.013 x 10 ⁵ Pa = 1.013 x 10 ⁵ N/m ²

V ₁ = 1 లీటరు = 1 dm ³ = 1 x 10 ^-3 m ³ (నీటి ఘనపరిమాణం)

V ₂ = 1671 లీటర్లు = 1671 dm ³ = 1671 x 10 ^-3 m ³ (ఆవిరి ఘనపరిమాణం)

ఎ) అంతర్గత శక్తిలో మార్పులు

అంతర్గత శక్తిలో మార్పులు = నీటికి చేర్చబడిన ఉష్ణం మైనస్ నీరు ఆవిరైనప్పుడు చేసిన పని. మొదట నీటికి చేర్చబడిన ఉష్ణాన్ని (Q) లెక్కించండి …

Q = m L _V

నీటి సాంద్రత = నీటి ద్రవ్యరాశి / నీటి ఘనపరిమాణం

నీటి ద్రవ్యరాశి (మీ) = నీటి సాంద్రత x నీటి ఘనపరిమాణం

నీటి ద్రవ్యరాశి (మీ) = (1000 కిలోగ్రాములు/మీ³ ⁾ ( 1 x ^10⁻³ మీ³ ⁾

నీటి ద్రవ్యరాశి (మీ) = (1000 కిలోగ్రాములు/మీ³ ⁾ (0.001 ^మీ³ )

నీటి ద్రవ్యరాశి (మీ) = 1 కిలోగ్రాము

Q = (1 కిలోగ్రాము) (22.6 x 10 ⁵ J / కిలోగ్రాము)

Q = 22.6 x 10 ⁵ J

నీరు ఆవిరైనప్పుడు అది చేసిన పనిని (W) లెక్కించండి. నీటి మరుగుట స్థిర పీడనం వద్ద జరుగుతుంది (ఐసోబారిక్ ప్రక్రియ).

W = p (V ₂ – V ₁ )

W = 1.013 x 10 ⁵ N/m ² (1671 x 10 ^-3 m ³ – 1 x 10 ^-3 m ³ )

W = 1.013 x 10 ⁵ N/m ² (1670 x 10 ^-3 m ³ )

W = 1691.71 x 10 ² జౌల్

W = 1.7 x ¹⁰⁵ జౌల్స్

నీటి అంతర్గత శక్తిలో మార్పులు:

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

నీటికి జోడించిన 21 x ^10⁵ జౌల్ ఉష్ణం, దాని అంతర్గత శక్తిని పెంచడానికి ఉపయోగపడుతుంది (నీటిని ద్రవ స్థితిలో ఉంచే అణువుల మధ్య ఉండే తన్యత బలాలను అధిగమించడానికి). మరో మాటలో చెప్పాలంటే, నీటిని ఆవిరిగా మార్చడానికి 21 x 10⁵ ^J ఉపయోగించబడుతుంది. నీరు ఆవిరిగా మారినప్పుడు, మిగిలిన 1.7 x 10⁵ J పని చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

ప్రశ్న 4:

ఒక స్థూపంలోని 1 మోల్ వాయువు స్థిరోష్ణంగా వేగంగా వ్యాకోచిస్తుంది. మొదట, వాయువు ఉష్ణోగ్రత = 1000 K. వ్యాకోచించిన తరువాత, వాయువు ఉష్ణోగ్రత 500 K కి తగ్గుతుంది. వాయువు చేసిన పనిని కనుగొనండి…

సొల్యూషన్

వాయువు వ్యాకోచం స్థిరోష్ణంగా జరుగుతుంది. స్థిరోష్ణ ప్రక్రియలో, వ్యవస్థలోకి ఉష్ణం ప్రవేశించదు లేదా వ్యవస్థ నుండి బయటకు వెళ్ళదు. అందువల్ల, వాయువులో జరిగిన పని = వాయువులో శక్తి మార్పులు.

ΔU = Q – W లేదా W = Q – Δ U → Q = 0

W = 0 – ΔU

W = – ΔU

ఆదర్శ వాయువులోని శక్తి సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి మనం వాయువులోని శక్తి మార్పులను లెక్కించవచ్చు:

ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (500 K – 1000 K)

ΔU = 3/2 (1 మోల్) (8.315 J / mol. K) (- 500 K)

ΔU = -6236.25 J

అందువల్ల, వాయువు చేసే పని మొత్తం:

W = – ΔU

W = – (- 6236.25 J)

W = 6236.25 J