Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Приклади розв’язування задач.






    Приклад 2.1. В закритій посудині знаходиться газ, молярна маса якого m =32 кг/кмоль, тиск Р =107 Па. Визначити питому густину r цього газу, концентрацію молекул n0, якщо при нагріванні посудини з газом до температури 1000 тиск зростає до Р1 =2× 107 Па.

    Розв’язування. З рівняння стану ідеального газу

    2.1

     

     

    знаходимо, що густина газу

    . 2.2

     

    Нагріваючи газ ізохорно (V=const), між тиском Р і Р1 і температурами Т і Т+DТ встановлюєм наступну залежність (закон Шарля):

    . 2.3

     

    звідки

    2.4

     

    Тепер з (2.4) та (2.2), маємо

    .

    З основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу

    2.5

    знаходимо

    де k - стала Больцмана.

    Перевіряємо розмірність:

    .

    Підставляємо числові значення величин і знаходимо

    Приклад 2.2. Чому дорівнює молярна С v і питома сV теплоємності газової суміші, яку отримали з 1 моля одноатомного і 4 молів трьохатомного газу, якщо m1=2 кг/кмоль, m2=28 кг/кмоль.

    Розв’язування. Визначимо молярну теплоємність Сv газової суміші. Нехай її маса m, а маси окремих компонент - m1 i m2. Щоб нагріти вказану суміш на градусів, необхідно використати теплоту DQ:

    2.7

     

    де і - молярні теплоємності відповідних газових компонент: ;

    Через молярну теплоємність Сv газової суміші DQ дорівнює:

    2.8

     

    де m - молярна маса суміші.

    Порівнюючи (2.7) та (2.8), отримуємо:

    2.10

    звідки

    , 2.11

    де - число молів суміші.

    Питома теплоємність

    2.11

    причому тут

    Тоді з (2.11)

    Проведемо розрахунок

     

    Приклад 2.3. В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою m =0, 02 кг при температурі Т1 =300К. Водень спочатку розширився адіабатично, збільшивши свій об’єм в n1 =5 разів, а потім ізотермічно стиснули так, що об’єм зменшився в n2 =5 разів. Знайти кінцеву температуру і загальну роботу, яку виконав газ в цих процесах.


     

    P
    2 (Р2, V2, T2)
    3 (Р3, V3, T3)
    1 (Р1, V1, T1)
    V
    5V1
    V1
    Дано

    m=2× 10-2 кг

    Т1=300 К

    n1=5

    n2=5

    T3-?; A -?

     

    Розв’язування. Так як при ізотермічному процесі (перехід 2®3) температура постійна, то кінцевою температурою і буде Т2, яку можна знайти з рівняння Пуасона (рівняння адіабати):

    2.12

    та рівняння Менделєєва-Клаперона

    , 2.13

     

    з яких отримуємо

    2.14

     

    Для газових станів (1, 2) це виглядає так:

    2.15

     

    Звідси

    Так як

    то

    2.16

     

    Враховуючи, що , одержимо

    2.17

    Робота, виконана газом при вказаних процесах чисельно рівна площі, заштрихованої на графіку фігури.

    Підсумкова робота А дорівнює

    А=А12 2.18

    де А1, А2 - відповідні роботи, що виконує газ при адіабатичному розширенні та ізотермічному стиску:

    Тоді

    Перевіримо розмірність:

    Проведемо розрахунок:

    .

     

    Приклад 2.4. Лопнула мильна бульбашка радіусом r =5 см і утворилось 10 капель рідини. Кожна з капель має радіус r =0, 5 мм. На скільки градусів нагрілась рідина в каплях, якщо її питома теплоємність , а густина r=103кг/м3.

    Розв’язування. Мильна бульбашка має площу поверхневого шару рідини

    2.22

    так як мильна плівка має дві сферичні поверхні. Утворені капельки мають площу поверхневого шару S2:

    2.23

    Значить зменшення DS площі поверхневого шару рідини таке:

    , 2.24

    а вивільнена при цьому енергія

    , 2.25

    де a - коефіцієнт поверхневого натягу рідини. Вивільнена енергія і пішла на нагрівання рідини:

    , 2.26

    тут

    2.27

    Враховуючи (2.25) і (2.26), маємо:

    Звідси

    .

    Перевіримо розмірність:

    і розрахуємо : (a=40× 10-3Дж/м2)

    .

     

    Приклад 2.5. Нагрівник теплової машини, що працює за циклом Карно, має температуру 2000С. Яка температура холодильника, якщо за рахунок кожного кілоджоуля теплоти, яка одержана від нагрівника, машина виконує 0, 4 кДж роботи.

    Розв’язування. Температуру холодильника знайдемо, використавши вираз для ККД теплової машини, що працює за циклом Карно:

    , 2.27

    де Т1 і Т2 - відповідно абсолютні температури нагрівача та холодильника.

    Звідси

    2.28

    Але ККД машини - це і відношення корисної роботи А, що виконала машина, до Q1 - теплоти, що її отримала машина за цей час:

    Скориставшись (2.27), матимемо:

    Проведемо розрахунки:

    Приклад 2.6. Знайти зміну ентропії при:

    а) нагріванні 100г води від 0 до 1000С, після чого вода перетворюється в пару при тій же температурі;

    б) ізотермічному розширенні 10г кисню від 25 до 100л;

    в) ізобаричному нагріванні 10г кисню від 170 до 1000С.






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.