บทความเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์หลายประการ
ก่อนหน้านี้เราได้พูดคุยกันไปแล้ว กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์ และวิเคราะห์ ความพยายาม ดำเนินการโดยระบบ ในครั้งนี้ เราจะมาพิจารณาการประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์สี่อย่าง กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ทั้งสี่ที่กล่าวถึง ได้แก่ กระบวนการอุณหภูมิคงที่ กระบวนการปริมาตรคงที่ กระบวนการความดันคงที่ และกระบวนการอะเดียแบติก คำศัพท์เหล่านี้มีที่มาจากภาษากรีก
กระบวนการไอโซเทอร์มอล (อุณหภูมิคงที่)
ก่อนอื่น เรามาทบทวนการประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์กับกระบวนการไอโซเทอร์มอลกันก่อน ในกระบวนการไอโซเทอร์มอล อุณหภูมิของระบบจะคงที่ ระบบที่เรากำลังวิเคราะห์ในเชิงทฤษฎีคือก๊าซอุดมคติ อุณหภูมิของก๊าซอุดมคติเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานภายในของก๊าซอุดมคติ (U = 3/2 nRT) เนื่องจาก T คงที่ U จึงคงที่ด้วย ดังนั้น เมื่อนำไปใช้กับกระบวนการไอโซเทอร์มอล สมการของกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์จึงเป็นดังนี้:
จากผลลัพธ์เหล่านี้ สรุปได้ว่า ในกระบวนการไอโซเทอร์มอล (อุณหภูมิคงที่) ความร้อน (Q) ที่เพิ่มเข้าไปในระบบจะถูกระบบนำไปใช้ในการทำงาน (W)
การเปลี่ยนแปลงของความดันและปริมาตรในระบบในกระบวนการที่อุณหภูมิคงที่แสดงไว้ในกราฟด้านล่าง:
ในตอนเริ่มต้น ปริมาตรของระบบเท่ากับ V1 (ปริมาตรน้อย) และความดันของระบบ = P1 (ความดันสูง) เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิของระบบให้คงที่ หลังจากเพิ่มความร้อนเข้าไปในระบบ ระบบจะขยายตัวและทำงานให้กับสิ่งแวดล้อม หลังจากที่ระบบทำงานให้กับสิ่งแวดล้อมแล้ว ปริมาตรของระบบจะเปลี่ยนเป็น V2 (ปริมาตรของระบบเพิ่มขึ้น) และความดันของระบบเปลี่ยนเป็น P2 (ความดันในระบบลดลง) กราฟมีลักษณะโค้งเนื่องจากความดันในระบบไม่ได้เปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการ ปริมาณงานที่ระบบทำ = พื้นที่แรเงา
กระบวนการอะเดียแบติก
ในกระบวนการอะเดียแบติก จะไม่มีความร้อนไหลเข้าหรือออกจากระบบ (Q = 0) กระบวนการอะเดียแบติกสามารถเกิดขึ้นได้ในระบบปิดที่แยกตัวออกจากภายนอกอย่างดี สำหรับระบบปิดที่แยกตัวออกจากภายนอกอย่างดี โดยปกติแล้วจะไม่มีความร้อนไหลเข้าหรือออกจากระบบตามอำเภอใจ กระบวนการอะเดียแบติกยังสามารถเกิดขึ้นได้ในระบบปิดที่ไม่แยกตัวออกจากภายนอกด้วย
ในกรณีนี้ กระบวนการจะต้องดำเนินการอย่างรวดเร็วมาก เพื่อไม่ให้ความร้อนมีเวลาไหลเข้าหรือออกจากระบบ เมื่อนำไปใช้กับกระบวนการอะเดียแบติก สมการกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์จะเปลี่ยนเป็นรูปแบบนี้:
ถ้าหากระบบถูกบีบอัดอย่างรวดเร็ว (มีการทำงานเกิดขึ้นกับระบบ) งานที่ทำจะมีค่าเป็นลบ เนื่องจาก W เป็นลบ ดังนั้น U จึงเป็นบวก (พลังงานในระบบเพิ่มขึ้น) ในทางกลับกัน ถ้าหากระบบขยายตัวหรือกว้างขึ้นอย่างรวดเร็ว (ระบบทำงาน) W จะมีค่าเป็นบวก เนื่องจาก W เป็นบวก ดังนั้น U จึงเป็นลบ (พลังงานในระบบลดลง) พลังงานในระบบ (ก๊าซอุดมคติ) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ (U = 3/2 nRT) ดังนั้น ถ้าพลังงานในระบบเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของระบบก็จะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ถ้าพลังงานในระบบลดลง อุณหภูมิของระบบก็จะลดลง
การเปลี่ยนแปลงของความดันและปริมาตรในระบบในกระบวนการอะเดียแบติกแสดงไว้ในกราฟด้านล่าง:
ถ้าหากระบบถูกบีบอัดอย่างรวดเร็ว (มีการทำงานเกิดขึ้นกับระบบ) งานที่ทำจะมีค่าเป็นลบ เนื่องจาก W เป็นลบ ดังนั้น U จึงเป็นบวก (พลังงานในระบบเพิ่มขึ้น) ในทางกลับกัน ถ้าหากระบบขยายตัวหรือกว้างขึ้นอย่างรวดเร็ว (ระบบทำงาน) W จะมีค่าเป็นบวก เนื่องจาก W เป็นบวก ดังนั้น U จึงเป็นลบ (พลังงานในระบบลดลง) พลังงานในระบบ (ก๊าซอุดมคติ) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ (U = 3/2 nRT) ดังนั้น ถ้าพลังงานในระบบเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของระบบก็จะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ถ้าพลังงานในระบบลดลง อุณหภูมิของระบบก็จะลดลง
การเปลี่ยนแปลงของความดันและปริมาตรในระบบในกระบวนการอะเดียแบติกแสดงไว้ในกราฟด้านล่าง:
เส้นโค้งอะเดียแบติกในกราฟนี้ (เส้นโค้ง 1-2) มีความชันมากกว่าเส้นโค้งไอโซเทอร์มอล (เส้นโค้ง 1-3) ความแตกต่างของความชันนี้บ่งชี้ว่า สำหรับปริมาตรที่เพิ่มขึ้นเท่ากัน ความดันของระบบจะลดลงมากกว่าในกระบวนการอะเดียแบติกเมื่อเทียบกับกระบวนการไอโซเทอร์มอล ความดันของระบบลดลงมากกว่าในกระบวนการอะเดียแบติกเนื่องจากเมื่อเกิดการขยายตัวแบบอะเดียแบติก อุณหภูมิของระบบก็จะลดลงด้วย อุณหภูมิแปรผันตรงกับความดัน ดังนั้นหากอุณหภูมิของระบบลดลง ความดันของระบบก็จะลดลงด้วย ในทางกลับกัน ในกระบวนการไอโซเทอร์มอล อุณหภูมิของระบบจะคงที่ ดังนั้นในกระบวนการไอโซเทอร์มอล อุณหภูมิจึงไม่มีผลต่อการลดลงของความดัน
ตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการที่ใกล้เคียงกับการอัดแบบอะเดียแบติกเกิดขึ้นในเครื่องยนต์สันดาปภายใน เช่น เครื่องยนต์ดีเซลและเครื่องยนต์เบนซิน ในเครื่องยนต์ดีเซล อากาศจะถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบและถูกอัดอย่างรวดเร็วโดยใช้ลูกสูบ (มีการทำงานเกิดขึ้นกับอากาศ) กระบวนการอัดแบบอะเดียแบติก (การลดปริมาตรของระบบ) แสดงโดยเส้นโค้ง 2-1 เนื่องจากอากาศถูกอัดอย่างรวดเร็วแบบอะเดียแบติก อุณหภูมิของอากาศจึงสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกัน ดีเซลจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบผ่านหัวฉีด และส่วนผสมจะถูกจุดติดทันที (เกิดการเผาไหม้) ในเครื่องยนต์เบนซิน ส่วนผสมของอากาศและเบนซินจะถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบและถูกอัดอย่างรวดเร็วโดยใช้ลูกสูบ เนื่องจากเป็นการอัดแบบอะเดียแบติกอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิของส่วนผสมจึงสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกัน หัวเทียนจะสร้างประกายไฟ ทำให้เกิดการเผาไหม้
กระบวนการไอโซโคริก (ปริมาตรคงที่)
ในกระบวนการปริมาตรคงที่ ปริมาตรของระบบจะคงที่ เนื่องจากปริมาตรของระบบคงที่ ระบบจึงไม่สามารถทำงานให้กับสิ่งแวดล้อมได้ ในทำนองเดียวกัน สิ่งแวดล้อมก็ไม่สามารถทำงานให้กับระบบได้ เมื่อนำไปใช้กับกระบวนการปริมาตรคงที่ สมการของกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์จึงกลายเป็น:
จากผลลัพธ์เหล่านี้ เราสามารถสรุปได้ว่า ในกระบวนการปริมาตรคงที่ (isochoric process) ความร้อน (Q) ที่เพิ่มเข้าไปในระบบจะถูกนำไปใช้เพื่อเพิ่มพลังงานภายในของระบบ
การเปลี่ยนแปลงของความดันและปริมาตรในระบบในกระบวนการปริมาตรคงที่แสดงไว้ในกราฟด้านล่าง:
ความดันเริ่มต้นของระบบ = p1 (ความดันต่ำ) การเพิ่มความร้อนให้กับระบบทำให้พลังงานในระบบเพิ่มขึ้น เนื่องจากพลังงานในระบบเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของระบบ (ก๊าซอุดมคติ) จึงเพิ่มขึ้น (U = 3/2 nRT) อุณหภูมิแปรผันตรงกับความดัน ดังนั้น ถ้าอุณหภูมิของระบบเพิ่มขึ้น ความดันของระบบก็จะเพิ่มขึ้น (p)2เนื่องจากปริมาตรของระบบคงที่ จึงไม่มีงานเกิดขึ้น (ไม่มีพื้นที่แรเงา)
ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ในกระบวนการปริมาตรคงที่ ระบบไม่สามารถทำงานให้กับสิ่งแวดล้อมได้ ในทำนองเดียวกัน สิ่งแวดล้อมก็ไม่สามารถทำงานให้กับระบบได้เช่นกัน เนื่องจากในกระบวนการปริมาตรคงที่ ปริมาตรของระบบจะคงที่ ซึ่งหมายความว่าปริมาตรจะไม่เปลี่ยนแปลง งานบางประเภทไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงปริมาตร ดังนั้น แม้ว่าปริมาตรของระบบจะคงที่ แต่ก็ยังสามารถทำงานให้กับระบบได้ ตัวอย่างเช่น พัดลมและแบตเตอรี่อยู่ในภาชนะปิด พัดลมสามารถหมุนได้โดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ในกรณีนี้ พัดลม แบตเตอรี่ และอากาศภายในภาชนะถือเป็นระบบ
เมื่อพัดลมหมุน มันจะทำงานกับอากาศในภาชนะ ในขณะเดียวกัน พลังงานจลน์ของพัดลมจะถูกแปลงเป็นพลังงานในอากาศ พลังงานไฟฟ้าในแบตเตอรี่จะลดลงตามธรรมชาติเพราะมันถูกแปลงเป็นพลังงานในอากาศ ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าในกระบวนการปริมาตรคงที่ (isochoric process) ยังคงสามารถทำงานกับระบบได้ (งานที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงปริมาตร)
กระบวนการความดันคงที่ (Isobaric process)
ในกระบวนการความดันคงที่ ความดันของระบบจะคงที่ เนื่องจากความดันเป็นค่าคงที่ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน (delta U) ความร้อน (Q) และงาน (W) ในกระบวนการความดันคงที่จึงไม่เป็นศูนย์ ดังนั้น กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์จึงยังคงใช้ได้อยู่:
ΔU = Q − W
การเปลี่ยนแปลงของความดันและปริมาตรของแก๊สในกระบวนการความดันคงที่แสดงไว้ในกราฟด้านล่าง:
ในตอนเริ่มต้น ปริมาตรของระบบเท่ากับ V1 (ปริมาตรเล็ก) เนื่องจากความดันคงที่ เมื่อเพิ่มความร้อนเข้าไปในระบบ ระบบจะขยายตัวและทำงานให้กับสิ่งแวดล้อม หลังจากทำงานให้กับสิ่งแวดล้อมแล้ว ปริมาตรของระบบจะเปลี่ยนเป็น V2 (ปริมาตรของระบบเพิ่มขึ้น) ปริมาณงาน (W) ที่ระบบทำ = พื้นที่แรเงา
ตัวอย่างคำถามข้อที่ 1:
เส้นโค้ง 1-2 ในแผนภาพสองภาพด้านล่างแสดงการขยายตัวของแก๊ส (ปริมาตรของแก๊สเพิ่มขึ้น) ที่เกิดขึ้นแบบอะเดียแบติกและแบบไอโซเทอร์มอล ในกระบวนการใดที่งานที่ทำโดยแก๊สน้อยกว่ากัน?
งานที่แก๊สทำในกระบวนการอะเดียแบติกนั้นน้อยกว่างานที่แก๊สทำในกระบวนการไอโซเทอร์มอล พื้นที่แรเงา = งานที่แก๊สทำระหว่างกระบวนการขยายตัว (ปริมาตรแก๊สเพิ่มขึ้น) พื้นที่แรเงาในกระบวนการอะเดียแบติกนั้นน้อยกว่าพื้นที่แรเงาในกระบวนการไอโซเทอร์มอล
ตัวอย่างคำถามข้อที่ 2:
แผนภาพด้านล่างแสดงกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกหลายขั้นตอน เส้นโค้ง a-b และ d-c = กระบวนการปริมาตรคงที่ (isochoric) เส้นโค้ง b-c และ a-d = กระบวนการความดันคงที่ (isobaric) ในกระบวนการ a-b มีการเพิ่มความร้อน (Q) 600 จูลเข้าไปในระบบ ในกระบวนการ b-c มีการเพิ่มความร้อน (Q) 800 จูลเข้าไปในระบบ จงหา:
ก) การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการ ก-ข
b) การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการ a-b-c
ค) ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่เพิ่มเข้าไปในกระบวนการ a-d-c
P1 = 2x105 ปา = 2 x 105 N / m2
P2 = 4x105 ปา = 4 x 105 N / m2
V1 = 2 ลิตร = 2 dm³3 = 2x10-3 m3
V2 = 4 ลิตร = 2 dm³3 = 4x10-3 m3
การอภิปราย
ก) การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการ ก-ข
ในกระบวนการ a-b มีการเพิ่มความร้อน 600 J ให้กับระบบ กระบวนการ a-b เป็นกระบวนการปริมาตรคงที่ (isochoric process) ในกระบวนการปริมาตรคงที่ การเพิ่มความร้อนให้กับระบบจะเพิ่มเฉพาะพลังงานภายในของระบบเท่านั้น ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบหลังจากได้รับความร้อนคือ:
ΔU = Q
ΔU = 600 จูล
b) การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการ a-b-c
กระบวนการ a-b = กระบวนการปริมาตรคงที่ (isochoric process) ในกระบวนการ a-b มีการเพิ่มความร้อน 600 จูล
เนื่องจากปริมาตรคงที่ ระบบจึงไม่ได้ทำงานใดๆ
กระบวนการ b-c = กระบวนการความดันคงที่ (Isobaric process) ในกระบวนการ b-c มีการเพิ่มความร้อน 800 จูล (Q) ให้กับระบบ ในกระบวนการความดันคงที่ ระบบสามารถทำงานได้ ปริมาณงานที่ระบบทำในกระบวนการ b-c (กระบวนการความดันคงที่) คือ:
W = P (V2 - วี1) -‐‐‐ ความดันคงที่
W = P2 (V2 - วี1)
W = 4 x 105 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 102 จูล
W = 800 จูล
ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่เพิ่มเข้าไปในระบบในกระบวนการ a-b-c คือ:
Q รวม = Q ab + Q bc
Q รวม = 600 J + 800 J
พลังงานรวม Q = 1400 จูล
งานทั้งหมดที่ระบบทำในกระบวนการ a-b-c คือ:
W รวม = W ab + W bc
W รวม = 0 + W bc
พลังงานรวม W = 0 + 800 จูล
พลังงานรวม = 800 จูล
การเปลี่ยนแปลงพลังงานในระบบในกระบวนการ a-b-c คือ:
ΔU = Q − W
ΔU = 1400 J − 800 J
ΔU = 600 จูล
การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการ a-b-c = 600 J
ค) ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่เพิ่มเข้าไปในกระบวนการ a-d-c
ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่เพิ่มเข้าไปในระบบสามารถคำนวณได้จากสมการด้านล่าง:
ΔU = Q − W
Q = ΔU + W
ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่เพิ่มเข้าไปในกระบวนการ a-d-c = การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการ a-d-c + งานทั้งหมดที่ทำในกระบวนการ a-d-c
ความร้อนและงานมีส่วนเกี่ยวข้องในการถ่ายโอนพลังงานระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงใน พลังงานภายใน เป็นผลมาจากการถ่ายโอนพลังงานระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงจึงเกิดขึ้น พลังงานภายใน การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในไม่ขึ้นอยู่กับกระบวนการถ่ายโอนพลังงาน ในทางกลับกัน ความร้อนและงานขึ้นอยู่กับกระบวนการอย่างมาก ในกระบวนการปริมาตรคงที่ (ปริมาตรของระบบคงที่) การถ่ายโอนพลังงานจะอยู่ในรูปของความร้อนเท่านั้น แต่ไม่ใช่ในรูปของงาน ในกระบวนการความดันคงที่ (ความดันคงที่) การถ่ายโอนพลังงานเกี่ยวข้องทั้งความร้อนและงาน แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในจะไม่ขึ้นอยู่กับกระบวนการ แต่ก็ขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของระบบ หากสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายเหมือนกัน การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในจะเท่ากันเสมอ แม้ว่ากระบวนการที่เกี่ยวข้องจะแตกต่างกันก็ตาม
สถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของกระบวนการ a-b-c ในกราฟด้านบน เท่ากับ สถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของกระบวนการ a-d-c ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการ a-d-c เท่ากับ 600 J
งานทั้งหมด (W) ที่ทำในกระบวนการ a-d-c = W ในกระบวนการ a-d + W ในกระบวนการ d-c
กระบวนการ a-d เป็นกระบวนการความดันคงที่ (isobaric process) ในขณะที่กระบวนการ d-c เป็นกระบวนการปริมาตรคงที่ (isochoric process) เนื่องจากปริมาตรคงที่ จึงไม่มีงานเกิดขึ้นในกระบวนการ d-c ก่อนอื่น เราจะคำนวณงานที่ทำในกระบวนการ a-d
W ad = P (V2 - วี1)
W ad = P1 (V2 - วี1)
W ad = 2 x 105 N / m2 (4 x 10-3 m3 - 2 x 10-3 m3)
W ad = 2 x 105 N / m2 (2 x 10-3 m3)
W ad = 4 x 102 จูล
W ad = 400 จูล
W รวม = W ในกระบวนการ a-d + W ในกระบวนการ d-c
พลังงานรวม W = 400 จูล + 0
พลังงานรวม = 400 จูล
ดังนั้น ปริมาณความร้อนที่เพิ่มเข้าไปในกระบวนการ a-d-c คือ:
Q = ΔU + W
Q = 600 J + 400 J
Q = 1000 เจ
ตัวอย่างคำถามข้อที่ 3:
น้ำ 1 ลิตร จะกลายเป็นไอน้ำ 1671 ลิตร เมื่อเดือดที่ความดัน 1 บรรยากาศ จงหาการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในและปริมาณงานที่น้ำทำเมื่อระเหยกลายเป็นไอน้ำ… (ความร้อนของการระเหยของน้ำ = L)V = 22,6x105 จูล/กก.)
การอภิปราย
ความหนาแน่นของน้ำ = 1000 กก./ลบ.ม.3
LV = 22,6x105 เจ/กก.
P = 1 atm = 1,013 x 105 ปา = 1,013 x 105 N / m2
V1 = 1 ลิตร = 1 dm³3 = 1x10-3 m3 (ปริมาตรน้ำ)
V2 = 1671 ลิตร = 1671 dm³3 = 1671x10-3 m3 (ปริมาณไอน้ำ)
ก) การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน
การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน = ความร้อนที่เพิ่มเข้าไปในน้ำ – งานที่ทำโดยน้ำเมื่อระเหย ขั้นแรก เรามาคำนวณความร้อน (Q) ที่เพิ่มเข้าไปในน้ำกันก่อน...
Q = มล. V
มวล (m) ของน้ำ?
ความหนาแน่นของน้ำ = มวลของน้ำ / ปริมาตรของน้ำ
มวลของน้ำ (m) = (ความหนาแน่นของน้ำ)(ปริมาตรของน้ำ)
มวลของน้ำ (ม.) = (1000 กก./ม.3)(1 x 10-3 m3)
มวลของน้ำ (ม.) = (1000 กก./ม.3)(0,001 ม.3)
มวลของน้ำ (ม.) = 1 กก.
Q = (1 กก.)(22,6 x 105 จูล/กก.)
Q = 22,6 x 105 J
คำนวณงาน (W) ที่น้ำทำเมื่อระเหยกลายเป็นไอ การเดือดของน้ำเกิดขึ้นที่ความดันคงที่ (กระบวนการไอโซบาริก)
W = p (V2 - V1)
W = 1,013 x 105 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 102 จูล
W = 1,7 x 105 จูล
การเปลี่ยนแปลงพลังงานในน้ำ:
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 10 X5 ความร้อนที่เพิ่มเข้าไปในน้ำจะถูกนำไปใช้เพื่อเพิ่มพลังงานภายในของน้ำ (เอาชนะแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่ทำให้น้ำคงสภาพเป็นของเหลว) กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ 21 x 105 J ใช้ในการเปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำ เมื่อน้ำกลายเป็นไอน้ำแล้ว จะได้ 1,7 x 105 ตัวอักษร J ที่เหลือจะถูกนำไปใช้ในการทำงาน
ตัวอย่างคำถามข้อที่ 4:
ก๊าซ 1 โมลในกระบอกสูบขยายตัวอย่างรวดเร็วแบบอะเดียแบติก อุณหภูมิเริ่มต้นของก๊าซคือ 1000 K หลังจากขยายตัวแล้ว อุณหภูมิของก๊าซลดลงเหลือ 500 K จงคำนวณงานที่ก๊าซทำ... การอภิปราย
การขยายตัวของแก๊สเกิดขึ้นแบบอะเดียแบติก ในกระบวนการอะเดียแบติก จะไม่มีความร้อนเข้าหรือออกจากระบบ ดังนั้น งานที่แก๊สทำจึงเท่ากับ การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของแก๊ส ในทางคณิตศาสตร์ สามารถเขียนได้ดังนี้:
ΔU = Q − W หรือ W = Q − Δ U → Q = 0
W = 0 − ΔU
W = − ΔU
เราสามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของแก๊สได้โดยใช้สมการพลังงานภายในของแก๊สอุดมคติ:
ΔU = U สุดท้าย – U เริ่มต้น
ΔU = 3/2 nR (อุณหภูมิสุดท้าย – อุณหภูมิสูงเริ่มต้น)
ΔU = 3/2 (1 โมล)(8,315 J/mol.K)(500 K – 1000 K)
ΔU = 3/2 (1 โมล)(8,315 J/mol.K)(‐500 K)
ΔU = ‐6236,25 J
ดังนั้น ปริมาณงานที่แก๊สทำคือ:
W = − ΔU
W = − ( − 6236 , 25 J )
W = 6236 , 25 J
