Молекулярная физика и термодинамика. Учебное пособие
.pdfɤɨɬɨɪɨɟ ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ уравнением политропы ɉɚɪɚɦɟɬɪ п ɜ ɷɬɨɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɢ
ɧɨɫɢɬ ɧɚɡɜɚɧɢɟ показателя политропы ɗɬɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɱɚɫɬɨ ɡɚɩɢɫɵɜɚɸɬ ɫ
ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɟɦ ɞɪɭɝɢɯ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɯ ɧɚɩɪɢɦɟɪТɢV
TV n FRQVW
ɉɨɤɚɡɚɬɟɥɶ ɩɨɥɢɬɪɨɩɵnɦɨɠɧɨ ɜɵɪɚɡɢɬɶ ɱɟɪɟɡ ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɝɚɡɚ
n |
c cp |
|
c c |
||
|
V |
|
ɢ ɧɚɨɛɨɪɨɬ ɦɨɠɧɨ ɜɵɱɢɫɥɢɬɶ ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɝɚɡɚ ɩɪɢ ɩɨɥɢɬɪɨɩɢɱɟɫɤɨɦ ɩɪɨɰɟɫɫɟ ɟɫɥɢ ɢɡɜɟɫɬɟɧ ɩɚɪɚɦɟɬɪn
c |
R |
|
|
R |
|
ϑ |
|
||||
|
|
n |
|||
Ɋɚɛɨɬɭ ɝɚɡɚ ɩɪɢ ɩɨɥɢɬɪɨɩɢɱɟɫɤɨɦ ɩɪɨɰɟɫɫɟ ɜ ɪɹɞɟ ɫɥɭɱɚɟɜ ɭɞɨɛɧɨ ɜɵɱɢɫɥɹɬɶ ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ
A |
Q U Θ c c |
T |
ΘR T |
|
|
||||
|
V |
|
n |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Задача 4.1. Найти |
молярную теплоемкость при политропическом |
|||
процессе pV n FRQVW, если показатель адиабаты газа равен Ȗ. При каких значениях показателя политропы п теплоемкость газа будет отрицательной?
Ɉɬɜɟɬ ɧɚ ɩɟɪɜɵɣ ɜɨɩɪɨɫ ɡɚɞɚɱɢ ɭ ɧɚɫ ɭɠɟ ɟɫɬɶ ± ɷɬɨ ɮɨɪɦɭɥɚ ɢ ɦɵ
ɧɟ ɫɬɚɥɢ ɛɵ ɪɚɫɫɦɚɬɪɢɜɚɬɶ ɞɚɧɧɭɸ ɡɚɞɚɱɭ ɟɫɥɢ ɛɵ ɜ ɧɟɣ ɧɟ ɛɵɥɨ ɜɬɨɪɨɝɨ ɜɨɩɪɨɫɚ Ⱦɟɣɫɬɜɢɬɟɥɶɧɨ ɱɬɨ ɨɡɧɚɱɚɟɬ ɨɬɪɢɰɚɬɟɥɶɧɚɹ ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ" Ⱦɚɜɚɣɬɟ ɪɚɡɛɟɪɟɦɫɹ Ɉɬɪɢɰɚɬɟɥɶɧɚɹ ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɨɡɧɚɱɚɟɬ ɱɬɨ ɩɪɢ ɩɨɞɜɨɞɟ ɤ ɫɢɫɬɟɦɟ ɬɟɩɥɚ ɟɟ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɚ ɩɨɧɢɠɚɟɬɫɹ Ɇɨɠɟɬ ɥɢ ɬɚɤɨɟ ɛɵɬɶ" Ɇɨɠɟɬ ɗɬɨ ɩɪɨɢɫɯɨɞɢɬ ɬɨɝɞɚ ɤɨɝɞɚ ɪɚɛɨɬɚ ɫɨɜɟɪɲɚɟɦɚɹ ɫɢɫɬɟɦɨɣ ɛɨɥɶɲɟ ɱɟɦ ɩɨɞɜɨɞɢɦɨɟ ɤ ɧɟɣ ɬɟɩɥɨ ȼ ɷɬɨɦ ɫɥɭɱɚɟ ɧɚ ɫɨɜɟɪɲɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦɨɣ ɪɚɛɨɬɵ ɡɚɬɪɚɱɢɜɚɟɬɫɹ ɟɳɟ ɢ ɱɚɫɬɶ ɟɟ ɜɧɭɬɪɟɧɧɟɣ ɷɧɟɪɝɢɢ ± ɢ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɚ ɫɢɫɬɟɦɵ ɩɨɧɢɠɚɟɬɫɹ
ɂɬɚɤɡɚɣɦɟɦɫɹɮɨɪɦɭɥɨɣ ɢɪɚɫɫɦɨɬɪɢɦɫɥɭɱɚɣɤɨɝɞɚ с < ɗɬɨ ɜɨɡɦɨɠɧɨ ɜ ɬɨɦ ɫɥɭɱɚɟ ɤɨɝɞɚ
JR nR
ɅɟɜɚɹɱɚɫɬɶɷɬɨɝɨɧɟɪɚɜɟɧɫɬɜɚɜɫɟɝɞɚɩɨɥɨɠɢɬɟɥɶɧɚȖ !ɩɨɷɬɨɦɭɞɨɥɠɧɚ ɛɵɬɶ ɩɨɥɨɠɢɬɟɥɶɧɚ ɢ ɟɝɨ ɩɪɚɜɚɹ ɱɚɫɬɶ ɬɨ ɟɫɬɶп ! ȼ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɟ ɩɨɥɭɱɚɟɦ
п Ȗ Ɍɚɤɢɦ ɨɛɪɚɡɨɦ ɨɬɪɢɰɚɬɟɥɶɧɚɹ ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɫɢɫɬɟɦɵ ɜɨɡɧɢɤɚɟɬ ɩɪɢ ɩɪɨɬɟɤɚɧɢɢ ɩɪɨɰɟɫɫɨɜ ɹɜɥɹɸɳɢɯɫɹ ɭɫɥɨɜɧɨ ɝɨɜɨɪɹ ɩɪɨɦɟɠɭɬɨɱɧɵɦɢ ɦɟɠɞɭ
ɢɡɨɬɟɪɦɢɱɟɫɤɢɦ ɢ ɚɞɢɚɛɚɬɢɱɟɫɤɢɦ ɩɪɨɰɟɫɫɚɦɢ
Задача 4.2. Объем моля идеального газа с показателем адиабаты γ изменяют по закону V = a/T, где а – постоянная. Найти количество тепла, полученного газом в этом процессе, если его температура испытала приращение Т.
ɉɟɪɟɩɢɲɟɦ ɮɨɪɦɭɥɭ ɞɥɹ ɨɛɴɟɦɚ ɩɪɢɜɟɞɟɧɧɭɸ ɜ ɭɫɥɨɜɢɢ ɡɚɞɚɱɢ ɜ ɜɢɞɟ
TV = a ɢ ɫɪɚɜɧɢɦ ɟɟ ɫ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ ȼɵɜɨɞ ɨɱɟɜɢɞɟɧ ± ɦɵ ɢɦɟɟɦ
ɩɨɥɢɬɪɨɩɢɱɟɫɤɢɣ ɩɪɨɰɟɫɫ ɫ ɩɨɤɚɡɚɬɟɥɟɦ ɩɨɥɢɬɪɨɩɵп = 2Ɍɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɝɚɡɚ
ɜ ɷɬɨɦ ɩɪɨɰɟɫɫɟ ɨɩɪɟɞɟɥɢɦ ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ ɢ ɩɨɥɭɱɢɦ ɨɬɜɟɬ
Q c'T R |
§¨ |
|
|
·¸'T |
J |
R'T |
J |
|
|||||
|
© |
¹ |
J |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Задача 4.3. Идеальный газ с показателем адиабаты γ расширили по закону р = аV, где а – постоянная. Первоначальный объем газа V0 . В результате расширения объем увеличился в Ș раз. Найти:
а) приращение внутренней энергии газа; б) работу, совершенную газом;
в) молярную теплоемкость газа в этом процессе.
ɉɪɟɠɞɟ ɜɫɟɝɨ ɨɛɪɚɬɢɦ ɜɧɢɦɚɧɢɟ ɧɚ ɭɫɥɨɜɢɟ ɡɚɞɚɱɢ ɞɚɜɥɟɧɢɟ ɝɚɡɚ ɩɪɨɩɨɪɰɢɨɧɚɥɶɧɨ ɟɝɨ ɨɛɴɟɦɭ ɬɨ ɟɫɬɶ ɩɪɢɪɚɫɲɢɪɟɧɢɢ ɝɚɡɚ ɟɝɨ ɞɚɜɥɟɧɢɟ ɧɟ ɭɦɟɧɶɲɚɟɬɫɹ ɚ ɜɨɡɪɚɫɬɚɟɬ Ɇɨɠɟɬ ɥɢ ɬɚɤɨɟ ɛɵɬɶ" Ɇɨɠɟɬ ȼ ɯɨɞɟ ɩɪɨɰɟɫɫɚ ɫɢɫɬɟɦɚ ɩɨɥɭɱɚɟɬ ɧɚɫɬɨɥɶɤɨ ɛɨɥɶɲɨɟ ɤɨɥɢɱɟɫɬɜɨ ɬɟɩɥɨɬɵ ɱɬɨ ɟɝɨ ɯɜɚɬɚɟɬ ɧɟ ɬɨɥɶɤɨ ɧɚ ɪɚɛɨɬɭ ɫɨɜɟɪɲɚɟɦɭɸ ɝɚɡɨɦ ɧɨ ɢ ɧɚ ɭɜɟɥɢɱɟɧɢɟ ɟɝɨ ɜɧɭɬɪɟɧɧɟɣ ɷɧɟɪɝɢɢ
ȼɨɫɩɨɥɶɡɭɟɦɫɹ ɮɨɪɦɭɥɚɦɢ ɢ ɢ ɨɬɜɟɬɢɦ ɧɚ ɩɟɪɜɵɣ ɜɨɩɪɨɫ
U |
ΘR T |
ΘRT ΘRT pV p V |
|
a V V |
|
aV Κ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϑ |
ϑ |
ϑ |
|
ϑ |
|
ϑ |
||
Ɋɚɛɨɬɭ ɫɨɜɟɪɲɟɧɧɭɸ ɝɚɡɨɦ ɧɚɣɞɟɦ ɩɨ ɢɡɜɟɫɬɧɨɣ ɮɨɪɦɭɥɟ
|
|
aV |
V |
a V |
|
V |
|
aV |
Κ |
||
V |
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
A ³ pdV |
³aVdV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
V |
V |
V |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ⱦɥɹ ɬɨɝɨ ɱɬɨɛɵ ɨɬɜɟɬɢɬɶ ɧɚ ɬɪɟɬɢɣ ɜɨɩɪɨɫ ɡɚɞɚɱɢ ɩɟɪɟɩɢɲɟɦ ɮɨɪɦɭɥɭ ɩɪɢɜɟɞɟɧɧɭɸ ɜ ɭɫɥɨɜɢɢ ɜ ɜɢɞɟ pV-1 = a Ɇɵ ɩɨɥɭɱɢɥɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ
ɩɨɥɢɬɪɨɩɢɱɟɫɤɨɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚ ɫ ɩɨɤɚɡɚɬɟɥɟɦ ɩɨɥɢɬɪɨɩɵп = ± Ɇɨɥɹɪɧɭɸ
ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɜɵɱɢɫɥɢɦ ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ
c |
R |
|
R |
c |
R |
|
ϑ |
||||||
|
|
V |
|
|||
Задача 4.4. Один моль идеального газа с показателем адиабаты γ совершает процесс, при котором его давление р ~ ТĮ, где Į – постоянная. Найти:
а) работу, которую произведет газ, если его температура испытает приращение ǻТ;
б) молярную теплоемкость газа в этом процессе; при каком значении α теплоемкость будет отрицательной?
ɉɨɠɚɥɭɣ ɟɞɢɧɫɬɜɟɧɧɨɟ ɱɬɨ ɧɭɠɧɨ ɫɞɟɥɚɬɶ ɱɬɨɛɵ ɪɟɲɢɬɶ ɷɬɭ ɡɚɞɚɱɭ ±
ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɬɶ ɮɨɪɦɭɥɭ ɞɥɹ ɞɚɜɥɟɧɢɹ ɩɪɢɜɟɞɟɧɧɭɸ ɜ ɭɫɥɨɜɢɢ ɤ ɜɢɞɭ
ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɩɨɥɢɬɟɪɦɵ Ⱦɥɹ ɷɬɨɝɨ ɩɟɪɟɩɢɲɟɦ ɟɟ ɜ ɜɢɞɟ
рТ–Į = ɫRQVW
ɢɩɟɪɟɣɞɟɦɤɩɟɪɟɦɟɧɧɵɦT ɢV ɂɡɮɨɪɦɭɥɵ ɫɥɟɞɭɟɬɱɬɨр ~ T / V
ɩɨɷɬɨɦɭ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɦɨɠɧɨ ɩɪɟɞɫɬɚɜɢɬɶ ɜ ɜɢɞɟ
T ΔV FRQVW
ɢɥɢ
TV Δ FRQVW
ɋɨɩɨɫɬɚɜɥɹɹ ɷɬɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɫ ɮɨɪɦɭɥɨɣ ɧɚɣɞɟɦ ɩɨɤɚɡɚɬɟɥɶ
ɩɨɥɢɬɪɨɩɵ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
п |
D |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
D |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ɢ ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ ɧɚɣɞɟɦ ɪɚɛɨɬɭ ɝɚɡɚ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
A |
|
R'T |
|
|
|
D R'T |
||||||||||||||||
|
|
n |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Ɍɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɨɩɪɟɞɟɥɢɦ ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
R |
|
|
R |
|
|
§ |
|
|
|
|
· |
|
§ |
J |
∙ |
|
|||||
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
R¨ |
|
|
|
|
D |
¸ |
|
R¨ |
|
|
D¸ |
|
||
|
J |
|
n |
|
J |
|
J |
||||||||||||||||
|
|
|
|
© |
|
|
|
¹ |
|
© |
¹ |
|
|||||||||||
Ɍɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɛɭɞɟɬ ɨɬɪɢɰɚɬɟɥɶɧɨɣ ɟɫɥɢ
D ! J J
Задача 4.5. Один моль идеального газа с известным CV находится в левой части цилиндра (рис. 4.1). Справа от поршня
|
|
вакуум. В отсутствие газа поршень находится |
Q |
|
|
|
вплотную к левому торцу цилиндра, и пружина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в этом положении не деформирована. Боковые |
|
Ɋɢɫ |
стенки цилиндра и поршень – адиабатные. Газ |
|
|
|
|
|
нагревают через левый торец цилиндра. Найти теплоемкость газа в этих условиях.
ɂɬɚɤ ɦɵ ɡɚɩɭɫɬɢɥɢ ɦɨɥɶ ɝɚɡɚ ɜ ɥɟɜɭɸ ɱɚɫɬɶ ɰɢɥɢɧɞɪɚ ɢ ɧɚɱɚɥɢ ɟɝɨ ɧɚɝɪɟɜɚɬɶ ɉɪɢ ɷɬɨɦ ɩɪɨɢɫɯɨɞɢɬ ɞɟɮɨɪɦɚɰɢɹ ɩɪɭɠɢɧɵ ɢ ɞɚɜɥɟɧɢɟ ɝɚɡɚ ɦɨɠɧɨ ɜɵɪɚɡɢɬɶ ɬɚɤ
p |
Fɭɩɪ |
kx |
|
|
S |
S |
|||
|
|
ɝɞɟ k ± ɠɟɫɬɤɨɫɬɶ ɩɪɭɠɢɧɵ х ± ɜɟɥɢɱɢɧɚ ɟɟ ɞɟɮɨɪɦɚɰɢɢ S ± ɩɥɨɳɚɞɶ ɩɨɩɟɪɟɱɧɨɝɨ ɫɟɱɟɧɢɹ ɰɢɥɢɧɞɪɚ ɍɦɧɨɠɢɦ ɢ ɪɚɡɞɟɥɢɦ ɩɪɚɜɭɸ ɱɚɫɬɶ ɷɬɨɝɨ ɜɵɪɚɠɟɧɢɹ ɧɚSɢ ɭɱɬɟɦ ɱɬɨV = xS± ɷɬɨ ɨɛɴɟɦ ɡɚɧɢɦɚɟɦɵɣ ɝɚɡɨɦ
p |
kV |
|
|
S |
|||
|
|
ȼɫɩɨɦɧɢɦ ɱɬɨ ɫɨɝɥɚɫɧɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɸ ɫɨɫɬɨɹɧɢɹ
p RTV
ɢ ɩɟɪɟɩɢɲɟɦ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ ɜ ɜɢɞɟ
T |
|
k |
FRQVW |
V |
|
RS |
|
|
|
ɢɥɢ
FRQVW
Ɇɵ ɩɨɥɭɱɢɥɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɩɨɥɢɬɪɨɩɢɱɟɫɤɨɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚ ɫɦ ɮɨɪɦɭɥɭ ɫ ɩɨɤɚɡɚɬɟɥɟɦ ɩɨɥɢɬɪɨɩɵ п = ± Ⱥ ɞɚɥɶɲɟ ± ɩɪɢɦɟɧɹɟɦ ɮɨɪɦɭɥɭ ɢ ɩɨɥɭɱɚɟɦ ɨɬɜɟɬ
c |
R |
|
R |
|
C |
|
R |
|
|
n |
|
||||||
|
ϑ |
V |
|
|
||||
Задача 4.6. Показать, что процесс, при котором работа идеального газа пропорциональна соответствующему приращению его внутренней энергии, описывается уравнением pV Ȗ = const , где п – постоянная.
|
ɂɡ ɭɫɥɨɜɢɹ ɡɚɞɚɱɢ ɫɥɟɞɭɟɬ ɱɬɨ įА |
= αdU ɝɞɟ Į ± ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬ |
|
ɩɪɨɩɨɪɰɢɨɧɚɥɶɧɨɫɬɢ Ɍɚɤɢɦ ɨɛɪɚɡɨɦ |
|
|
|
|
pdV |
ΘRdT |
|
|
ϑ |
||
ɋɨɝɥɚɫɧɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɸ Ɇɟɧɞɟɥɟɟɜɚ ± Ʉɥɚɩɟɣɪɨɧɚ
|
|
|
p |
|
ΘRT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
V |
|
|
||
ɩɨɷɬɨɦɭ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
dT |
ϑ dV |
|
|||||
|
|
T |
|
V |
|
|
|||
|
Ɉɛɨɡɧɚɱɢɦ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ϑ n |
|
||||||
ɬɨɝɞɚ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
dT |
|
n |
dV |
|
|||
|
|
T |
|
||||||
|
|
|
|
|
V |
|
|
||
ɉɪɨɢɧɬɟɝɪɢɪɭɟɦ ɷɬɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɢ ɩɨɥɭɱɢɦ ɨɬɜɟɬ
|
OQT n OQV OQFRQVW |
|
|
TV n |
FRQVW |
|
pV n |
FRQVW |
|
ɉɪɢ ɡɚɩɢɫɢ ɨɤɨɧɱɚɬɟɥɶɧɨɝɨ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɚ ɦɵ ɭɱɥɢ ɱɬɨ ɫɨɝɥɚɫɧɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɸ |
|
Ɇɟɧɞɟɥɟɟɜɚ ± ɄɥɚɩɟɣɪɨɧɚT ~ pV |
|
|
|
|
|
|
Задача 4.7. При некотором политропическом процессе объем аргона был |
|
увеличен в Į = 4 раза. Давление при этом уменьшилось в ȕ = 8 раз. Найти молярную теплоемкость аргона в этом процессе, считая газ идеальным.
ȼɨɫɩɨɥɶɡɭɟɦɫɹ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ ɩɨɥɢɬɪɨɩɢɱɟɫɤɨɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚ ɢ ɡɚɩɢɲɟɦ ɟɝɨ ɜ ɜɢɞɟ
p V n p V n
Ⱦɪɭɝɢɦɢ ɫɥɨɜɚɦɢ
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
♣ ∙n |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
♦V ÷ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
♥V ≠ |
|
||||||
|
ɍɱɢɬɵɜɚɹ ɱɬɨ V / V |
= |
Į ɚ p / p = ȕ ɦɨɠɧɨ ɧɚɣɬɢ ɩɨɤɚɡɚɬɟɥɶ |
|||||||||||
ɩɨɥɢɬɪɨɩɵп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
OQΕ |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OQ |
|
||
ɢ ɜɵɱɢɫɥɢɬɶ ɦɨɥɹɪɧɭɸ ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɚɪɝɨɧɚ ɩɨ ɢɡɜɟɫɬɧɨɣ ɮɨɪɦɭɥɟ |
||||||||||||||
|
c |
|
R |
|
|
|
R |
|
|
|
Ⱦɠ |
|
||
|
ϑ |
|
n |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ɦɨɥɶ Ʉ |
|||||||
ɉɪɢ ɪɚɫɱɟɬɚɯ ɦɵ ɭɱɥɢ ɱɬɨ ɚɪɝɨɧ ± ɝɚɡ ɨɞɧɨɚɬɨɦɧɵɣ ɢ ɞɥɹ ɧɟɝɨ Ȗ
Задача 4.8. Один моль аргона расширили по политропе с показателем п = 1,50. При этом температура газа испытала приращение ǻТ = –26 К. Найти:
а) количество полученного газом тепла; б) работу, совершенную газом.
Ⱦɥɹ ɬɨɝɨ ɱɬɨɛɵ ɨɬɜɟɬɢɬɶ ɧɚ ɩɟɪɜɵɣ ɜɨɩɪɨɫ ɞɨɫɬɚɬɨɱɧɨ ɜɵɱɢɫɥɢɬɶ
ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶ ɝɚɡɚ
c |
R |
|
R |
|
|
Ⱦɠ |
|
|
n |
|
|||||
|
ϑ |
|
ɦɨɥɶ Ʉ |
||||
ɢ ɧɚɣɬɢ ɤɨɥɢɱɟɫɬɜɨ ɩɨɥɭɱɟɧɧɨɝɨ ɝɚɡɨɦ ɬɟɩɥɚ
Q c T ɤȾɠ
Ⱦɥɹ ɜɵɱɢɫɥɟɧɢɹ ɪɚɛɨɬɵ ɜɨɫɩɨɥɶɡɭɟɦɫɹ ɩɟɪɜɵɦ ɧɚɱɚɥɨɦ ɬɟɪɦɨɞɢɧɚɦɢɤɢ
A Q U Q R T ɤȾɠ
ϑ
Ʉɚɤ ɢ ɜ ɩɪɟɞɵɞɭɳɟɣ ɡɚɞɚɱɟ Ȗ
Задача 4.9. Идеальный газ с показателем адиабатыȖ расширяют так, что сообщаемое газу тепло равно убыли его внутренней энергии. Найти:
а) уравнение процесса в параметрах T, V;
б) молярную теплоемкость газа в этом процессе.
ɇɚ ɩɟɪɜɵɣ ɜɡɝɥɹɞ ɭɫɥɨɜɢɟ ɷɬɨɣ ɡɚɞɚɱɢ ɤɚɠɟɬɫɹ ɫɬɪɚɧɧɵɦ ɋɢɫɬɟɦɚ ɩɨɥɭɱɚɟɬ ɬɟɩɥɨ ɚ ɟɟ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɚ ɭɦɟɧɶɲɚɟɬɫɹ ɇɨ ɷɬɨ ɬɨɥɶɤɨ ɧɚ ɩɟɪɜɵɣ ɜɡɝɥɹɞ ɋɢɫɬɟɦɚ ɞɟɣɫɬɜɢɬɟɥɶɧɨ ɩɨɥɭɱɚɟɬ ɬɟɩɥɨ ɧɨ ɩɪɢ ɷɬɨɦ ɫɨɜɟɪɲɚɟɬ ɧɚɫɬɨɥɶɤɨ ɛɨɥɶɲɭɸ ɪɚɛɨɬɭ ɱɬɨ ɧɚ ɷɬɨ ɢɞɟɬ ɧɟ ɬɨɥɶɤɨ ɩɨɞɜɨɞɢɦɨɟ ɤ ɧɟɣ ɬɟɩɥɨ ɧɨ ɢ ɱɚɫɬɶ ɟɟ ɜɧɭɬɪɟɧɧɟɣ ɷɧɟɪɝɢɢ
Ɂɚɩɢɲɟɦ ɭɫɥɨɜɢɟ ɡɚɞɚɱɢ ɜ ɜɢɞɟ
ΓQ dU
ΓA dU dU
pdV ΘRdT
ϑ
ɂɫɩɨɥɶɡɭɟɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ Ɇɟɧɞɟɥɟɟɜɚ ± Ʉɥɚɩɟɣɪɨɧɚ ɢ ɜɵɪɚɡɢɦр
|
p |
|
ΘRT |
|
|
|
|
|
|
V |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Ɍɨɝɞɚ |
|
|
|
|
|
|
|
TdV |
|
|
dT |
|
||
|
V |
|
|
||||
|
|
|
ϑ |
|
|||
|
dT |
ϑ dV |
|
||||
|
T |
|
V |
|
|||
ɉɪɨɢɧɬɟɝɪɢɪɭɟɦ ɷɬɨ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ
OQT ϑ OQV OQFRQVW
ɉɨɥɭɱɟɧɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɥɟɝɤɨ ɩɪɟɨɛɪɚɡɭɟɬɫɹ ɤ ɜɢɞɭ
ϑ
TV FRQVW
ɆɵɩɨɥɭɱɢɥɢɭɪɚɜɧɟɧɢɟɩɨɥɢɬɪɨɩɵTVn-1 =FRQVWɜɤɨɬɨɪɨɦɩɨɤɚɡɚɬɟɥɶ
ɩɨɥɢɬɪɨɩɵп Ȗ
ȼɵɱɢɫɥɢɬɶɦɨɥɹɪɧɭɸɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɶɝɚɡɚɜɷɬɨɦɩɪɨɰɟɫɫɟɧɟɫɨɫɬɚɜɥɹɟɬ
ɬɪɭɞɚ
c |
R |
|
R |
|
|
R |
|
|
n |
|
|||||
|
ϑ |
|
ϑ |
||||
Задача 4.10. Идеальный газ с показателем адиабаты Ȗ совершает
процесс, при котором его внутренняя энергия U V
, где Į – постоянная. Найти:
а) работу, которую произведет газ, если внутренняя энергия испытала приращение U;
б) молярную теплоемкость в этом процессе.
ɉɟɪɟɩɢɲɟɦ ɭɫɥɨɜɢɟ ɡɚɞɚɱɢ ɜ ɜɢɞɟ U ΕV ɝɞɟ ȕ ± ɩɨɫɬɨɹɧɧɚɹ Ɍɨɝɞɚ
ΘRT |
ΕV |
|
||
ϑ |
|
|
||
pV |
|
ΕV |
|
|
ϑ |
||||
|
|
|||
p Ε ϑ V
ɇɚɣɞɟɦ ɪɚɛɨɬɭ ɤɨɬɨɪɭɸ ɩɪɨɢɡɜɟɞɟɬ ɝɚɡ
|
V |
|
Ε ϑ |
V V |
ϑ |
|
|
A Ε ϑ ³V |
dV |
U |
|||
|
|
|
||||
|
V |
|
|
|
|
|
|
Ⱦɥɹ ɜɵɱɢɫɥɟɧɢɹ ɦɨɥɹɪɧɨɣ ɬɟɩɥɨɟɦɤɨɫɬɢ ɭɱɬɟɦ ɱɬɨT ~ U V ɩɨɷɬɨɦɭ |
|||||
|
|
TV FRQVW |
|
|
||
ɋɪɚɜɧɢɦ ɷɬɨ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ ɫ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ ɩɨɥɢɬɪɨɩɵTVn = FRQVW ɢ ɧɚɣɞɟɦ
ɩɨɤɚɡɚɬɟɥɶп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
||
Ɉɬɜɟɬ ɬɚɤɨɜ |
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
R |
|
|
R |
|
|
R |
R |
ϑ |
n |
|
|
|||||
|
|
|
ϑ |
|||||
5.ЭНТРОПИЯ
ȼɜɟɞɟɧɢɟ Ʉɥɚɭɡɢɭɫɨɦ ɩɨɧɹɬɢɹ энтропия ± ɨɞɧɨ ɢɡ ɭɞɢɜɢɬɟɥɶɧɵɯ ɫɨɛɵɬɢɣ ɫɞɟɥɚɧɧɵɯ ɧɚ ©ɤɨɧɱɢɤɟ ɩɟɪɚª ɬɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɢ ɇɟɫɦɨɬɪɹ ɧɚ ɷɬɨ ɨɛɫɬɨɹɬɟɥɶɫɬɜɨ ɢ ɧɚ ɨɬɫɭɬɫɬɜɢɟ ɩɪɢɛɨɪɨɜ ɤɨɬɨɪɵɟ ɛɵ ɧɟɩɨɫɪɟɞɫɬɜɟɧɧɨ ɢɡɦɟɪɹɥɢ ɷɧɬɪɨɩɢɸ ɜɟɳɟɫɬɜɚ ɷɬɨ ɩɨɧɹɬɢɟ ɨɤɚɡɚɥɨɫɶ ɧɟɨɛɵɱɚɣɧɨ ɩɨɥɟɡɧɵɦ ɜ
ɬɟɪɦɨɞɢɧɚɦɢɤɟ ɢ ɧɟ ɬɨɥɶɤɨ ɜ ɧɟɣ ɗɧɬɪɨɩɢɹSɜɜɨɞɢɬɫɹ ɱɟɪɟɡ ɟɟ ɷɥɟɦɟɧɬɚɪɧɨɟ ɩɪɢɪɚɳɟɧɢɟ
dS |
ΓQ |
|
|
T |
|||
|
|
ɫɭɬɶ ɤɨɬɨɪɨɝɨ ɡɚɤɥɸɱɚɟɬɫɹ ɜ ɫɥɟɞɭɸɳɟɦ ɧɚ ɛɟɫɤɨɧɟɱɧɨ ɦɚɥɨɦ ɭɱɚɫɬɤɟ ɪɚɜɧɨɜɟɫɧɨɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚ ɩɪɨɬɟɤɚɸɳɟɝɨ ɩɪɢ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɟ Т ɫɢɫɬɟɦɚ ɩɨɥɭɱɚɟɬ ɛɟɫɤɨɧɟɱɧɨɦɚɥɨɟɤɨɥɢɱɟɫɬɜɨɬɟɩɥɨɬɵ δQ ɩɪɢ ɷɬɨɦɢɡɦɟɧɟɧɢɟɟɟ ɷɧɬɪɨɩɢɢ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹɩɨɮɨɪɦɭɥɟ Ɂɚɦɟɬɢɦɱɬɨɟɫɥɢɩɪɨɰɟɫɫɧɟɪɚɜɧɨɜɟɫɧɵɣɢ ɡɧɚɱɢɬ ɧɟɨɛɪɚɬɢɦɵɣ ɬɨ ɡɧɚɤ ɪɚɜɟɧɫɬɜɚ ɜ ɜɵɪɚɠɟɧɢɢ ɢɡɦɟɧɹɟɬɫɹ ɧɚ ɡɧɚɤ ©ɛɨɥɶɲɟª ɂɡɦɟɧɟɧɢɟ ɷɧɬɪɨɩɢɢ ɜ ɯɨɞɟ ɪɚɜɧɨɜɟɫɧɨɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹ ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɟ
'S |
³ |
|
ΓQ |
³ |
|
QcdT |
|
|
T |
|
T |
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
ɗɬɨɬ ɢɧɬɟɝɪɚɥ ɜɵɱɢɫɥɹɟɬɫɹ ɨɱɟɧɶ ɩɪɨɫɬɨ ɟɫɥɢ ɩɪɨɰɟɫɫ ɩɨɥɢɬɪɨɩɢɱɟɫɤɢɣ
ɫɦ ɝɥ ȼ ɷɬɨɦ ɫɥɭɱɚɟc = FRQVW ɢ ɩɨɷɬɨɦɭ
'S |
³ |
QcTdT |
|
QcOQTT |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ɝɞɟ |
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
R |
§ |
|
|
|
|
· |
|
¨ |
|
|
|
¸ |
||||
J |
|
|||||||
|
|
© |
|
n ¹ |
|
|||
ɉɨɤɚɡɚɬɟɥɶ ɚɞɢɚɛɚɬɵ Ȗ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹ ɫɨɪɬɨɦ ɝɚɡɚ ɱɢɫɥɨɦ ɫɬɟɩɟɧɟɣ ɫɜɨɛɨɞɵ ɟɝɨ ɦɨɥɟɤɭɥп± ɩɨɤɚɡɚɬɟɥɶ ɩɨɥɢɬɪɨɩɵ
