5. Основи термодинаміки
(5.24.) Наведіть приклад процесу, при якому газ отримує теплоту, а його температура зменшується. Обґрунтуйте свою відповідь.
Розв’язок:
Прикладом згаданого процесу
може бути холодильна камера. Більш
холодне робоче тіло отримує кількість
теплоти
в холодильній камері (тому температура
у холодильнику більша за температуру
робочого тіла). Але за рахунок додатньої
роботи зовнішніх сил
та наявності теплоносія, температура
робочого тіла продовжує знижуватись.
Перший закон термодинаміки запишемо у
вигляді:
Аналізуючи це рівняння, можна визначити, що процес описаний у завданні може бути наступним:
,
робота зовнішніх сил
перевищуватиме кількість теплоти, що
отримує роботе тіло (газ). У цьому випадку
піде на зменшення температури робочого
тіла.
(5.25.) Температура газів, що утворюються при згоранні палива в циліндрах двигуна автомобіля, 800 оС. Температура вихлопних газів 80 оС. Витрата бензину на 100 км шляху при швидкості 90 км/год дорівнює 10 л. Яку потужність міг би розвинути двигун, якби він являв собою ідеальну теплову машину, що працює з максимально можливим коефіцієнтом корисної дії?
Дано:
|
Розв’язок: Шукана потужність визначається за формулою
де
Покладемо
Для одержимо:
Підставивши (2) і (3) в (1), одержуємо
|
|
- ?
,
(1)
(2)
тоді маса витраченого бензину знайдеться
як
.
(3)
=52,406 кВт.
(5.26.) У вертикальному циліндрі під поршнем масою 1 кг і площею 50 см2 знаходиться аргон об’ємом 10 л при температурі 273 К. Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання аргону до 300 К, якщо атмосферний тиск 98 кПа? Тертя не враховуйте.
Дано: mп=1 кг S=5·10-3 м2 V=10-2 м3 р=98·103 Па Т1=273 К Т2=300 К Q - ? |
Розв’язок:
звідки
Аргон – одноатомний газ, тому
З початкового стану
знаходимо кількість речовини
|
або
Підставляючи вираз для отримаємо
або
|
,
і
=
RT1
(5.27.) Яку кількість теплоти отримав одноатомний ідеальний газ в ході процесу, який показано на рисунку?
Дано:
|
Розв’язок:
Для
=const,
тому
Для
=const, тому:
|
- ?
:
(Дж)
:
(Дж)
(Дж)
(5.28.) Яку кількість теплоти отримав одноатомний ідеальний газ в ході процесу, який показано на рисунку?
Дано:
- ?
|
Розв’язок:
Для : =const, тому
Для : =const, тому:
|
(Дж)
(Дж)
(Дж)
(5.29.) На рисунку показано циклічний процес, що відбувається з ідеальним одноатомний газом. Відшукати ККД такого циклу.
