Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară

Această problemă poate fi rezolvată cu ușurință utilizând ecuația lui Mendeleev-Clapeyron

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
.

O scriem pentru prima stare a gazului:

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
. (1)

Și pentru al doilea stat (când se eliberează o parte din gaz):

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
. (2)







Presupunem că mărimea cilindrului nu se schimbă, prin urmare procesul izocoric V1 = V2 = V. De asemenea, luăm în considerare faptul că T2 = T1 -8, am2 = m1 -0,4m1 = 0,6m1.

Să separăm ecuația (2) în ecuația (1):

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
,.

Răspuns: presiunea va scădea de 1,72 ori.

Oxigenul cu o masă m = 2 kg ocupă un volum V1 = 1 m3 și este sub presiune P1 = 2,02 ∙ 105Pa. Gazul a fost încălzit succesiv la o presiune constantă la un volum V2 = 3 m3 și apoi la un volum constant la o presiune de P3 = 5-105 Pa. Găsiți schimbarea energiei interne ΔU, activitatea gazului A și cantitatea de căldură transferată la gazul Q.

Schimbarea energiei interne ΔU este dată de formula:

unde μ este masa molară a oxigenului și i este numărul de grade de libertate. Deoarece oxigenul în condiții normale este o moleculă diatomică, prin urmare, i = 5.

Schimbarea totală a energiei interne va depinde numai de diferența dintre temperatura inițială și cea finală T1 și T3. pe care le găsim prin ecuația lui Mendeleev-Clapeyron

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
.

Substituind în (2) valorile corespunzătoare ale lui P și V, obținem valorile de temperatură:

Înlocuind valorile numerice ale cantităților din (1), obținem:

Lucrările la gaze vor fi egale cu suma lucrărilor de gaze din fiecare sector: A = Aizob + Aizohor. Lucrarea gazului în procesul izochoric este egală cu 0,

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară






. (3)

Gasim temperatura T2 conform formulei (2):

Să calculați prin formula (3) și să obțineți valoarea lucrării:

Conform primei legi a termodinamicii, cantitatea de căldură Q obținută de gaz este egală cu suma lucrării A realizată de gaz și modificarea energiei interne ΔU:

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
.

Realizând calculele obținem: (J).

Răspunsul este: ΔU = 3,25 MJ, A = 0,4 MJ, Q = 3,65 MJ.

Mașina termică efectuează lucrări pe ciclul Carnot. Temperatura încălzitorului este T1 = 230 ° C, frigiderul T2 = 300 K, în cazul în care frigiderul acestei mașini termice serveste ca încălzitor pentru un alt motor termic. Care eficiență a mașinii este mai mare și de câte ori, dacă diferența de temperatură dintre încălzitor și frigider este aceeași pentru ambele mașini?

Când bara de metal fierbinte este coborâtă, se transferă o anumită cantitate de căldură Qmax și un calorimetru. Bara este răcită la o temperatură de T3. și uleiul și calorimetrul sunt încălzite la T3. Considerând că sistemul este izolat de sursele externe de căldură, vom compune ecuația echilibrului termic:

unde Q1 este cantitatea de căldură dată de bara de oțel, Q2 este cantitatea de căldură primită de calorimetru și Q3 este cantitatea de căldură produsă de ulei. Gasim masa de ulei prin valorile volumului si densitatii:

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
. (2)

Se scrie ecuația (1) luând în considerare expresiile pentru Q1, Q2, Q3 și (2):

,

de la care exprimăm smas:

.

.

Răspuns: Căldura specifică a uleiului este smas = 2 kJ / (kg ∙ K).

Determinați schimbarea entropiei ΔS la expansiunea izotermică și izobarică a azotului cu masa m = 100 g din volumul de 20 l până la 148 l.

Expresia pentru găsirea entropiei:

a) Pentru un proces izotermic, T = const; prin urmare, îl scoatem din semnul integral. Apoi (1) cu privire la procesul izotermic ia forma:

În procesul izotermic

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
. În consecință, expresia pentru schimbarea entropiei în procesul izotermic (2) va lua forma finală:

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
.

Executăm calculul: (J / K).

b) În procesul izobaric, P = const, și

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
. Puneți această valoare în expresia (1):. (3)

Deoarece în procesul izobar schimbarea temperaturii este proporțională cu schimbarea volumului

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
, în consecință, expresia (3) are forma:

Exemple de rezolvare a problemelor din fizica moleculară
.

Executăm calculul: (J / K).

Răspuns: Schimbarea entropiei în procesul izotermic este ΔSisot = 59,4 J / K, iar în izobaric - ΔSisobar = 207,75 J / K.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: