Лабораторная работа 11 Определение изменения энтропии при изохорическом процессе в газе

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте первое начало термодинамики. Как выглядит его запись для изохорического процесса в газе? Для других изопроцессов?

2. Дайте понятие внутренней энергии системы. Запишите выражение для внутренней энергии идеального газа.

3. Что такое число степеней свободы? Как определяется это число для одно-, двух- и трехатомных молекул?

4. Запишите второе начало термодинамики. в чем его отличие от первого начала термодинамики?

5. Что определяет энтропия системы?

6. Как изменяется величина энтропии в обратимых и необратимых процессах?

7. Объясните статистический и термодинамический смысл энтропии.

Тесты

Вариант 1

1. Для какого процесса первый закон термодинамики имеет вид

Q = U₂ - U₁ ?

Варианты ответа: 1) изотермический; 2) изобарический;

3) изохорический; 4) адиабатический.

2. Как называется процесс, при котором теплоемкость постоянна?

Варианты ответа: 1) изохорический; 2) изотермический;

3) адиабатический; 4) изобарический; 5) политропический.

3. Определить число степеней свободы для молекул СО₂. Считать, что имеют место все виды движений.

Варианты ответа: 1) i = 3; 2) i = 5; 3) i = 6; 4) i = 7; 5) i = 12;

6) нет верного ответа.

3. Идеальный газ перевели из состояния Р₀, V₀ в состояние 2Р₀, V₀. Как при этом изменилась его внутренняя энергия?

Варианты ответа: 1) увеличилась; 2) не изменилась; 3) уменьшилась.

3. С равнить работы, производимые газом в циклах I и II (рис. 3.21)

Варианты ответа:

1) А₁ = А₂; 2) А₁ < А₂; 3) А₁ > А₂.

3. Газ, совершающий цикл Карно, получает теплоту Q₁ = 60 кДж. Определить работу газа, если температура нагревателя в 3 раза больше температуры холодильника.

Варианты ответа: 1) 10 Дж; 2) 20 Дж; 3) 30 Дж; 4) 40 Дж; 5) 50 Дж;

6) нет верного ответа.

3. О дин моль идеального одноатомного газа переходит из состояния I в состояние II одним из трех способов (рис. 3.22). Сравнить изменение внутренней энергии U, приращение энтропии S, количество теплоты Q, полученное газом в процессах 1, 2, 3.

Варианты ответа:

1) U₁ = U₂ = U₃; 2) U₁ = U₂ > U₃;

3) U₁ > U₂ > U₃; 4) U₁ < U₂ < U₃;

5) Q₁ = Q ₂ = Q ₃; 6) Q ₁ > Q ₂ > Q ₃; 7) Q ₁ < Q ₂ < Q ₃;

8) S₁ = S₂ = S₃; 9) S₁ > S₂ >S₃; 10) S₁ < S₂ < S₃.

3. Как изменяется статистический вес состояния газа в процессах: а) при неизменном объеме увеличивается внутренняя энергия; б) при неизменной внутренней энергии увеличивается объем?

Варианты ответа: 1) уменьшается; 2) увеличивается; 3) не изменяется.

3. Т епловая машина работает по циклу, состоящему из двух изобар 1-2 и 3-4 и двух изохор 2-3 и 4-1 (рис. 3.23). За один цикл работы тепловой машины энтропия рабочего тела…

1) возрастает; 2) уменьшается; 3) не изменяется.

3. Термодинамическая система включает цилиндр с газом, снабженный подвижным поршнем. Какой из графиков на рис. 3.24 представляет зависимость энтропии от времени в процессе квазистатического изотермического сжатия?

4. Газ расширяется обратимо: а) изотермически; б) изобарически; в) адиабатически. Начальные и конечные объемы во всех процессах совпадают. В каких случаях приращение энтропии газа минимально и максимально?

5. Для цикла, изображенного на рис. 3.25 (цикл Карно), определить теплоту Q₁, получаемую рабочим телом от нагревателя, теплоту Q₂ , отдаваемую рабочим телом холодильнику, и КПД цикла.

Вариант 2

1. Газ расширяется изобарически. Какие соотношения при этом справедливы? (U – изменение внутренней энергии, А – работа, Q – количество теплоты)?

Варианты ответа: 1) U = 0; 2) U > 0; 3) U < 0;

4) А = 0; 5) А >0; 6) А < 0;

7) Q = 0; 8) Q > 0; 9) Q < 0.

2. Молекулы двухатомного газа полностью диссоциированы. Как изменилась удельная теплоемкость газа? Молекулы газа считать жесткими.

Варианты ответа: 1)уменьшилась; 2) увеличилась; 3) не изменилась.

3. Определить число степеней свободы для молекул азота N₂. Считать, что имеют место все виды движений.

Варианты ответа: 1) i = 3; 2) i = 5; 3) i = 6; 4) i = 7; 5) i = 8;

6) нет верного ответа.

3. В закрытом баллоне находится газ. При охлаждении его внутренняя энергия уменьшилась на 525 Дж. Какое количество теплоты отдал газ?

В арианты ответа: 1) 525 Дж; 2) 262,5 Дж; 3) 1050 Дж;

4) нет верного ответа.

3. Сравнить количество теплоты, полученное системой Q₁ и отданное системой Q₂ в цикле, изображенном на рис. 3.26.

Варианты ответа: 1) Q₁ > Q₂; 2) Q₁ < Q₂;

3) Q₁ = Q₂.

6. Водород совершает цикл Карно. При адиабатическом расширении давление уменьшается в 2 раза. КПД цикла…

1 ) 0,18; 2) 0,12; 3) 0,26;

4) 0,10; 5) 0,31;

6) нет верного ответа.

6. На каких стадиях циклического процесса, представленного графиком (рис. 3.27), энтропия газа возрастает?

Варианты ответа: 1) I, 2) II, 3) III.

8. Макроскопическая система находится при температуре Т = 350 К. Какое количество теплоты Q требуется для изотермического увеличения статистического веса в n = 1.0∙10⁹ раз

Варианты ответа: 1) 2∙10^-5; 2) 1∙10^-7; 3) 1∙10^-19; 4) 3∙10^-23; 5) 7∙10^-15

8. И деальная тепловая машина работает по циклу Карно (рис. 3.28), состоящему из двух изотерм 1-2 и 3-4 и двух адиабат 2-3 и 4-1. За один цикл работы тепловой машины энтропия рабочего тела…

1)… возрастает; 2)… не изменяется; 3)… уменьшается.

10. И з начального состояния 0 газ переходит в другие состояния 1, 2, 3, 4 различными способами (рис. 3.29). Какой график зависимости энтропии от температуры какому изопроцессу соответствует?

11. Мяч падает с одной и той же высоты: а) на гладкий пол; б) на рыхлый грунт. Сравнить приращения энтропии в системе взаимодействующих тел в обоих случаях.

Варианты ответа: 1) S_а = S_б; 2) S_а > S_б; 3) S_а < S_б.

12. На рис. 3.30 изображен цикл Карно. Тепло подводится на участке…

Варианты ответа: 1) 1-2, 2) 4-1, 3) 2-3, 4) 3-4.