Контрольні запитання

1. Які є види термодинамічних параметрів та одиниці їх вимірювання?

2. Як визначити густину газу та відносну густину рідких нафтопродуктів?

3. Яка теплоємність більша – ізобарна чи ізохорна? Проаналізуйте причину різниці між ними.

4. Як змінюються витрати палива при збільшенні його теплоти згорання?

5. Які умови необхідно витримати для одержання максимальної роботи в термодинамічних процесах? У якому процесі робота буде відсутня?

6. Довести, що внутрішня енергія є функцією стану процесу.

7. Що таке ентальпія РТ? Як визначається ентальпія для ідеального газу?

8. Що характеризує величина зміни ентальпії в ізобарному процесі?

9. Ентропія є функцією процесу чи стану РТ? Чи залежить величина зміни ентропії від виду термодинамічного процесу? Для якого процесу ΔS=0?

10. Як визначити теплоту, підведену до робочого тіла у зворотному ізотермічному процесі?

11. Як змінюється ентропія РТ у процесах підведення до нього теплоти чи роботи: а) збільшується; б) зменшується? Дати пояснення.

Задачі

№1. Стиснутий до 30 ата азот, що міститься у балоні об’ємом V=2м³, випускають в атмосферу. Початкова температура азоту +27°C. Після досягнення в балоні тиску 10 ата вентиль на балоні закривають. Температура азоту в балоні зменшується до 17°C.

Визначити масу випущеного азоту.

Розв’язання

Складемо рівняння стану (Клапейрона – Менделєєва) для азоту до і після випускання його з балона зі сталим об’ємом V = 2 м³

Р_пV = m_пRТ_п; Р_кV = m_кRТ_к,

де m_п, m_к– відповідно початкова і кінцева маси азоту в балоні. З рівнянь стану маємо

m_п= Р_пV/RТ_п; m_к= Р_кV/RТ_к.

Тоді маса випущеного в атмосферу азоту визначають за залежністю

де R – газова стала для азоту

R=8314/ μ_N2=8314/28=296,9, кДж/кггр.

№2. Метан знаходиться у резервуарі ємністю V = 50 м³при температурі t_п=+20°C і тиску Р_п=0,2 МПа. За рахунок сонячного випромінювання газу було передано Q=5,0 МДж теплоти. Чи приведе це до розриву резервуара, якщо він може витримати тиск не більше ніж 0,25 МПа? Задачу розв’язати за умови, що теплоємність не залежить від температури.

Розв’язання

Унаслідок ізохорного (V= const = 50 м³) нагрівання газу його температура підвищиться до величини t_к , що може бути визначена за залежністю

Q = m_СН4·С_mυ(t_к – t_п) = ρ_СН4·V·С_mυ(t_к – t_п), кДж,

t_к= t_п + Q/ ρ_СН4·V·С_mυ, °C,

де С_mυ– масова ізохорна середня теплоємність метану (багатоатомного газу), кДж/кггр:

С_mυ = μС_υ/ μ_СН4 = 37,68/16 = 2,35, кДж/кггр,

де μ С_υ– мольна ізохорна теплоємність метану згідно з таблицею 2;

μ_СН4– маса 1 кіломоля СН₄, кг;

ρ_СН4– густина СН₄при абсолютному тиску 0,2 МПа і температурі t_п= +20°C визначається за формулою (3)

,

де – густина метану за нормальних умов (Р = 0,1МПа, t = 0°C), кг/нм³;

t_к = 20 + 5000/ 2,35·1,99·50 = 41,4°C.

Кількість теплоти і кінцева температура газу можуть бути розраховані також через об’ємну теплоємність та об’єм газу за формулами

кДж;

°C,

де кДж/м³гр – об’ємна теплоємність метану,кДж/м³гр;

V_СН4– об’єм СН₄визначається за залежністю

м³.

Температура газу після нагрівання

t_к = 20 + 5000/1,68·139,76 = 41,4°C

Тиск газу у резервуарі після нагрівання визначається з рівняння стану

Р_кV = m_кR_СН4Т_к;

Р_к= m_кR_СН4Т_к/ V= ρ_СН4·V· R_СН4Т_к/ V=1,99·50·8314·(273+41,4)/16·50=

=325106Па = 325,1кПа ≈ 3,25 ата ≈ 2,25 ати = 0,225 МПа (надл.)

Тиск у резервуарі внаслідок нагрівання газу від сонячного випромінювання підніметься з 0,2 МПа до 0,225 МПа (надл.). Розриву резервуара не буде.