Termodinamika - muammolar va yechimlar

Termodinamika - muammolar va yechimlar

Termodinamikaning birinchi qonuni

1. Quyidagi PV grafigiga asoslanib, I jarayonda gaz tomonidan bajarilgan ishning II jarayonda gaz tomonidan bajarilgan ishning nisbati qanday ?

Ma'lum:

1-jarayon:

Bosim (P) = 20 N/ ^m2

Boshlang'ich hajm (V1 ⁾ ₌ 10 litr = 10 dm3 ⁼ 10 x 10 ^-3 m3

Yakuniy hajm (V2 ⁾ ₌ 40 litr = 40 dm3 ⁼ 40 x 10 ^-3 m3

2-jarayon:

Jarayon (P) = 15 N/ ^m2

Boshlang'ich hajm (V1 ⁾ ₌ 20 litr = 20 dm3 ⁼ 20 x 10 ^-3 m3

Yakuniy hajm (V2 ⁾ ₌ 60 litr = 60 dm3 ⁼ 60 x 10 ^-3 m3

Istalgan: Gaz tomonidan bajarilgan ishning nisbati

yechim:

I jarayonda gaz tomonidan bajarilgan ish:

W = P ΔV = P (V ₂ –V ₁ ) = (20)(40-10)(10 ^-3 m ³ ) = (20)(30)(10 ^-3 m ³ ) = (600)(10 ^-3 m ³ ) = 0.6 m ³

II jarayonda gazning bajargan ishi:

W = P ΔV = P (V ₂ –V ₁ ) = (15)(60-20)(10 ^-3 m ³ ) = (15)(40)(10 ^-3 m ³ ) = (600)(10 ^-3 m ³ ) = 0.6 m ³

I va II jarayonlarda gaz tomonidan bajarilgan ishning nisbati:

0.6 m ³ : 0.6 m ³

1: 1

2.

Quyidagi grafikka asoslanib, AB jarayonida geliy gazining bajaradigan ishi qanday?

Ma'lum:

Bosim (P) = 2 x 10 ⁵ N/m ² = 2 x 10 ⁵ Paskal

Boshlang'ich hajm (V1 ⁾ ₌ 5 sm3 ⁼ 5 x 10 ^-6 m3

Yakuniy hajm (V2 ⁾ ₌ 15 sm3 ⁼ 15 x 10 ^-6 m3

Qidirilmoqda: AB jarayonida gaz tomonidan bajarilgan ish

yechim:

W = ∆P ∆V

W = P ( _V2 – _V1 )

W = (2 x 10 ⁵ ) (15 x 10 ^-6 – 5 x 10 ^-6 )

W = (2 x 10 ⁵ )(10 x 10 ^-6 ) = (2 x 10 ⁵ )(1 x 10 ^-5 )

W = 2 Joul

3.

Quyidagi grafikka asoslanib, AB jarayonida bajarilgan ish qancha?

Ma'lum:

Boshlang'ich bosim (P1 ₎ = 4 Pa ​​= 4 N/ ^m2

Yakuniy bosim (P2 ₎ = 6 Pa = 6 N/ ^m2

Boshlang'ich hajm (V1 ₎ = 2 ^m3

Yakuniy hajm (V2 ₎ = 4 ^m3

Kerak: bajarilgan ish Men ab ni qayta ishlayman

yechim:

Gaz tomonidan bajarilgan ish = ab egri chizig'i ostidagi maydon

W = uchburchakning maydoni + to'rtburchakning maydoni

W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

Vt = 2 + 8

W = 10 Joul

4. Quyidagi grafikka asoslanib, ABCA jarayonida bajarilgan ishlar qanday?

yechim:

Ish (W) = ABC uchburchagining maydoni

W = ½ (20-10)(6 x 10 ⁵ – 2 x 10 ⁵ )

W = ½ (10)(4 x 10 ⁵ )

V = (5)(4 x 10 ⁵ )

Vt = 20 x 10 ⁵

W = 2 x 10 ⁶ Joul

Issiqlik dvigateli

5. Dvigatel yuqori haroratda 2000 Joul issiqlikni yutadi va past haroratda 1200 Joul issiqlikni chiqaradi. Dvigatelning samaradorligi qancha?

Ma'lum:

Issiqlik sarfi (QH ₎ = 2000 Joul

Issiqlik chiqishi (Q _L ) = 1200 Joul

Dvigatel tomonidan bajarilgan ish (Vt) = 2000 – 1200 = 800 Joul

Kerakli: samaradorlik (e)

yechim:

e = W / Q _H

e = 800/2000

e = 0.4 x 100%

e = 40%

Carnot dvigateli

6. Dvigatel 960 Kelvinda issiqlikni yutadi va 576 Kelvinda issiqlikni chiqaradi. Dvigatelning samaradorligi qanday?

Ma'lum:

Yuqori harorat (T _H ) = 960 K

Past harorat (T _L ) = 576 K

Kerakli: samaradorlik (e)

yechim:

Carnot dvigatelining samaradorligi = 0.4 x 100% = 40%

7. Quyidagi grafikka asoslanib, dvigatel tomonidan bajarilgan ish 6000 Joulga teng. Har bir aylanada dvigatel tomonidan chiqarilgan issiqlik qancha?

Ma'lum:

Ish (V) = 6000 Joul

Yuqori harorat (T₂H₂ ₎ = 800 Kelvin

Past harorat (T _L ) = 300 Kelvin

Kerakli: dvigatel tomonidan chiqarilgan issiqlik

Yechim :

Carnot (ideal) samaradorligi:

Carnot dvigateli tomonidan yutilgan issiqlik:

W = e Q ₁

6000 = (0.625) _{1- savol}

Q ₁ = 6000 / 0.625

_1- savol = 9600

Carnot dvigateli tomonidan chiqarilgan issiqlik:

S ₂ = S ₁ – W

S ₂ = 9600 – 6000

Q ₂ = 3600 Joul

8. Carnot dvigatelining samaradorligi 40% ga teng. Agar issiqlik 727°C da yutilsa, u holda past harorat qanday bo'ladi.

Ma'lum:

Samaradorlik (e) = 40% = 40/100 = 0.4

Yuqori harorat (T _H ) = 727 ^o C + 273 = 1000 K

Kerakli: Past harorat

yechim:

T _L = 600 Kelvin – 273 = 327 ^o C

9. Quyidagi grafikka asoslanib, agar dvigatel 800 J issiqlikni yutib olsa, dvigatelning bajargan ishi qanday?

Ma'lum:

Yuqori harorat (T₂H₂ ₎ = 600 Kelvin

Past harorat (T _L ) = 250 Kelvin

Issiqlik sarfi (Q1 ₎ = 10 000 Joul

Qidirilmoqda: Ish (W)

yechim:

Carnot dvigatelining samaradorligi:

Ish dvigatel tomonidan bajarildi:

W = e Q ₁

W = (7/12)(800 Joules)

W = 466.7 Joul

10. Carnot dvigatelining yuqori harorati 600 K ga teng. Agar dvigatel 600 J issiqlikni yutib, past harorat esa 400 K bo'lsa, dvigatelning bajargan ishi qancha?

Ma'lum:

Past harorat (T _L ) = 400 K

Yuqori harorat (T _H ) = 600 K

Issiqlik sarfi (Q1 ₎ = 10 000 Joul

Qidirilmoqda: Ish Carnot dvigateli (W) tomonidan bajarildi

yechim:

Carnot dvigatelining samaradorligi:

Ish Carnot dvigateli tomonidan bajarildi:

W = e Q ₁

W = (1/3)(600) = 200 Joul

1. Termodinamikaning asosiy yo'nalishi nima? javobTermodinamika energiya, uning o'zgarishlari va materiya bilan aloqasini, ayniqsa muvozanatdagi tizimlarda o'rganishga qaratilgan.
2. Termodinamikaning nolinchi qonuni harorat bilan qanday bog'liq? javobNolinchi qonun shuni ko'rsatadiki, agar ikkita tizim uchinchi tizim bilan termal muvozanatda bo'lsa, ular bir-biri bilan termal muvozanatda bo'ladi. Bu harorat deb ataladigan xususiyatning mavjudligini anglatadi, bu esa termal muvozanatdagi barcha tizimlar uchun bir xil.
3. Termodinamikaning birinchi qonuni nimani tavsiflaydi? javob: Birinchi qonun, shuningdek, energiyani tejash qonuni sifatida ham tanilgan, energiya yaratilmasligi yoki yo'q qilinishi mumkin emasligini, faqat bir shakldan boshqasiga o'tishini aytadi. Yopiq tizimda ichki energiyaning o'zgarishi tizimga qo'shilgan issiqlik miqdoridan tizimning atrof-muhitga qilgan ishini ayirganga teng.
4. Nima uchun termodinamikaning ikkinchi qonuni tabiiy jarayonlarning yo'nalishini tushunish uchun juda muhimdir? javobIkkinchi qonunga ko'ra, izolyatsiya qilingan tizimning entropiyasi (yoki tartibsizligi) doimo oshib boradi yoki doimiy bo'lib qoladi. Bu energiya, agar bunga to'sqinlik qilinmasa, o'z-o'zidan tarqalishini belgilaydi, bu tabiiy jarayonlarga yo'nalish beradi va asosan nima uchun ba'zi jarayonlar o'z-o'zidan sodir bo'lishini, boshqalari esa sodir bo'lmasligini tushuntiradi.
5. Entropiya nima va u tizimdagi tartibsizlik bilan qanday bog'liq? javobEntropiya - bu tizimda ish bajarish uchun mavjud bo'lmagan energiya miqdorining o'lchovidir. U ko'pincha tizimning tartibsizligi yoki tasodifiyligining o'lchovi sifatida ham ta'riflanadi. Umuman olganda, yuqori entropiya katta tartibsizlik yoki tasodifiylikka mos keladi.
6. Termodinamikaning uchinchi qonuni absolyut noldagi mukammal kristalning entropiyasini qanday tavsiflaydi? javobUchinchi qonunga ko'ra, mukammal kristalning entropiyasi absolyut nol haroratda (0 Kelvin) aniq nolga teng. Bu shuni anglatadiki, bu haroratda tizim mukammal tartiblangan.
7. Nima uchun issiqlik sovuqroq jismdan issiqroq jismga mustaqil ravishda o'tolmaydi? javobBu xatti-harakatlar termodinamikaning ikkinchi qonunining natijasidir. Agar issiqlik sovuqroq jismdan issiqroq jismga o'z-o'zidan o'tib ketsa, bu tizimning umumiy entropiyasining pasayishiga olib keladi, bu esa tabiiy jarayonlar tomonidan qo'llab-quvvatlanmaydi.
8. Termodinamikada izolyatsiya qilingan, yopiq va ochiq tizim o'rtasidagi farq nima? javobIzolyatsiya qilingan tizim atrof-muhit bilan energiya yoki materiya almashmaydi. Yopiq tizim energiya almashishi mumkin, ammo bu atrof-muhit bilan farq qilmaydi. Ochiq tizim atrof-muhit bilan ham energiya, ham materiya almashishi mumkin.
9. Termodinamikada "ish" tushunchasi bu atamaning kundalik qo'llanilishidan qanday farq qiladi? javobTermodinamikada "ish" energiya uzatish jarayonini anglatadi, bunda jismga qo'llaniladigan kuchlar uni kuchga parallel yo'nalishda harakatlantiradi. Masalan, gaz pistonga nisbatan kengayganda, u pistonda ishlaydi. Bu "ish" so'zining kundalik ishlatilishiga nisbatan aniqroq ta'rif bo'lib, u shunchaki har qanday vazifa yoki faoliyatni anglatishi mumkin.

10. Karno sikli nima va u termodinamikada nima uchun muhim? Javob : Karno sikli idealizatsiya qilingan termodinamik sikl bo'lib, u har qanday klassik termodinamik dvigatel issiqlikni ishga aylantirish paytida (yoki aksincha) erisha oladigan samaradorlikning yuqori chegarasini ta'minlaydi. Bu ahamiyatli, chunki u dvigatel ishlaydigan issiqlik rezervuarlarining haroratiga asoslangan asosiy samaradorlik chegarasini belgilaydi.