15. Дайте визначення питомої та молярної теплоємності газу. В яких одиницях вимірюється теплоємність?

Теплоємність визначається відношенням кількості теплоти Q, яку надали системі, до зміни її температури dT в деякому термодинамічному процесі:

.

Одиниці вимірювання - .

Теплоємність залежить від маси тіла, його хімічного складу, термодинамічного стану та процесу, в яком надається кількість теплоти Q.

Питомою теплоємністю с називається теплоємність одиниці маси речовини. Для однорідного тіла

,

де m – маса тіла.

Молярною теплоємністю С_ називається теплоємність одного моля речовини

,

де  - кількість речовини,  - молярна маса речовини.

В одиницях СІ питома теплоємність вимірюється в Дж/(кг К), молярна теплоємність - Дж/(моль К).

16. Як визначається теплоємність в ізобарному та ізохорному процесах? Як ці теплоємності пов’язані з числом ступенів свободи молекули газу?

Теплоємність визначається відношенням кількості теплоти Q, яку надали системі, до зміни її температури dT в деякому термодинамічному процесі:

.

Одиниці вимірювання - .

В ізохорному процесі (). Робота дорівнює нулю (). З першого начала термодинаміки . Тоді теплоємність при ізохорному процесі . Інше рівняння має вигляд:

,

дє i – кількість ступенів свободи молекули, R = 8.31 Дж/(мольК) – універсальна газова стала, m – маса газу,  - молярна маса газу. Для одноатомних газів i = 3, для двохатомних - i = 5 і для багатоатомних - i = 6.

При ізобарному процесі кількість теплоти, яка надається ідеальному газу, іде не тільки на збільшення внутрішньої енергії, а й на виконання роботи з ізобарного розширення. Тому теплоємність при ізобарному процесі більше ніж при ізохорному.

або .

Зв’язок між С_V та С_Р надається рівнянням Майора (для одного моля газу):

.

17. Дайте визначення роботи газу. Як визначається робота газу в різних ізопроцесах?

Елементарна робота, яка здійснюється газом, визначається як:

.

Робота, яка здійснюється газом в деякому процесі, при зміні його об’єму від V₁ до V₂ визначається як:

.

Одиниці вимірювання роботи – джоулі (Дж).

1. Ізохорний процес (V = const, dV = 0). Робота при ізохорному процесі дорівнює нулю .

2. Ізотермічний процес (Т = const).

,

де R = 8.31 Дж/(мольК) – універсальна газова стала, m – маса газу,  - молярна маса газу.

3. В ізобарному процесі (р = const).

.

4. В адіабатичному процесі (Q = 0)

,

де i – кількість ступенів свободи молекули (для одноатомних газів i = 3, для двохатомних - i = 5 і для багатоатомних - i = 6).

_____________________________________________________________________________

2. Із рівняння Менделєєва – Клапейрона

.

3. .

18. Що називають круговим процесом або циклом? Прямий цикл Карно.

Круговим процесом (циклом) називають сукупність термодинамічних процесів, в результаті яких система повертається в початковий стан. З практичної точки зору цикли використовуються в процесі перетворення теплоти в роботу, тобто вони є основою роботи теплових машин. В теплових машинах при виконанні роботи теплота від більш нагрітого тіла – нагрівача через робоче тіло передається більш холодному тілу – холодильнику. Прямий цикл є цикл теплової машини, в ньому робота, яку здійснює робоче тіло, позитивна: .

Цикл ідеальної теплової машини – цикл Карно. В ідеальній тепловій машині відсутні витрати на теплопровідність, теплове випромінювання, тертя, і.т.д. Цикл Карно складається з двох ізотерм і двох адіабат. В процесі 1 – 2 газ ізотермічно розширюється (Т₁ = const) внаслідок отримання кількості теплоти Q₁ від нагрівача. В процесі 2 – 3 газ розширюється адіабатично, внутрішня енергія газу зменшується, тобто зменшується і температура газу від Т₁ до Т₂. В процесі 3 – 4 газ ізотермічно стискається (Т₂ = const) передаючи холодильнику кількість теплоти Q₂ (Q₁ > Q₂). В процесі 4 – 1 газ адіабатично стискається, збільшується його внутрішня енергія та температура від Т₂ до Т₁.

ККД теплової машини є відношенням роботи, яка виконується в результаті здійснення прямого циклу, до теплоти, підведеної до робочого тіла від нагрівника, тобто:

.

Рівняння ККД теплової машини можна записати у вигляді:

.

Звідси випливає, що ККД циклу Карно визначається тільки температурами нагрівача і холодильника.