Молекулярная физика и термодинамика. Вопросы и задания для сам. работы. Степина, Бутко РУДН 201928022019 (1106029), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Как производится обработка результатов измерений? 8. Получите и поясните расчетную формулу Вопросы к защите лабораторной работы 17 1. Какие процессы называются обратимыми? необратимыми? Почему все реальные процессы необратимы? 2. Какие процессы называются равновесными и неравновесными? 3.
Что представляет собой тепловая машина? В чем особенность идеальной тепловой машины? Чему равен КПД тепловой машины? 4. Получите формулу Карно для КПД идеальной тепловой машины. б, Сформулируйте две теоремы Карно. Покажите, что КПД не зависит от выбора рабочего вещества. 8, Дайте понятие энтропии (определение, размерностЬ).
7. Получите выражения для изменения энтропии в следующих изопроцессах: а) изотермическом; б) изохорном; в) изобарном. 8. Как ведет себя энтропия термодинамической системы при адиабатическом процессе? 9. Может ли возрастать энтропия системы в ходе процесса, при котором система отдает тепло внешней среде? 10.
Сформулируйте второе начало термодинамики с использованием понятия энтропия. 11. Приведите формулировку второго начала термодинамики по Клаузиусу и Томсону (Кельвину). Поясните их эквивалентность. 12. В чем состоит статистический смысл энтропии? 13. Сформулируйте и поясните теорему Нернста-Планка (третье начало термодинамики). Задания для самостоятельного решения Вариант 1 1.Найдите КПД тепловой машины, график 'цикла которой показан на 4 4Ра рисунке.
Рабочим телом является а) одно атомный идеальный газ, б) двухатомный идеальный газ. Ра 2. Тепловая машина совершает циклический процесс 1-3-2-1, изобра- Я женный на графике в координатах Я-Т. Найти коэффициент полезного действия тепловой машины. Считать Тг=600 К, Тг=1200 К, Тз=1800 К, 8~=1 Дж/К, бг=5 Дж/К. Я Т, Т, Т Т 3. Первая тепловая машина совершает циклический процесс 1-2-3-4-1, а вторая 4-3-5-6-4 (сьь график). Считать Т~=ЗОО К, Тг=600 К, бг=! Дж/К, Бг=2 Дж/К, Яг=ЗДж/К. а) Найти отношение коэффициентов полезного действия первой и второй тепловых машин.
з б) На сколько процентов больше коэффициент полезного действия второй тепловой машины. 4. При нагревании двухатомного идеального газа (2 моль) его термодинамическая температура увеличилась в 2 раза. Определите изменение энтропии, если нагревание происходит изохорно. 5. Один моль идеального а) трехатомйого, б) двухатомного газа нагревается при постоянном давлении от Т4=300 К до Тг=2То. Найти приращение энтропии газа. 50 51 Т Т Т, 52 53 б. Изобразить для идеального газа примерные (схематнческие) графики изотермического, изохорического, изобарического и адиабатического процессов на диаграмме: а) Т„Я; б) У, Я; в) р, Я. Энтропию Я откладывать по оси абсцисс.
Графики изобразить проходящими через общую для них точку. 7. В результате обратимого адиабатического расширения температура моля одноатомного идеального газа понижается на 10 К. Энтропия газа 20 Дж/(моль К). Найти приращение свободной энергии газа 8. Энтропия моля водорода (Нз) при температуре 250С и давлении 1 атм равна 130 Дж/(моль К). Определить статистический вес двух молей водорода при указанных условиях. 9. Кусок льда, находившийся при температуре -10'С, нагрели до 0'С и превратили в воду той же температуры. Как изменялась энтропия системы лед-вода? 10.
Идеальный газ совершает цикл, состоящий из двух изотерм и двух изохор. а) Как ведет себя внутренняя энергия и энтропия на различных участках цикла? б) На каких участках совершаемая У газом работа и получаемое газом количество теплоты больше нуля? в) На каких участках совершаемая газом работа и получаемое газом количество теплоты меньше нуля? Вариант 2 1. В идеальной тепловой машине за счет каждого кнлоджоуля энергии получаемой от нагревателя, совершается работа ЗООДж. Определите КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника 280К.
2. Тепловая машина совершает циклический процесс 1-4-3-2-1, изображенный на графике в координатах Я-Т. Найти коэффициент полезного действия тепловой машины. Считать Т1=300 К, Тг=б00 К, 81=1 Дж/К, Яг=5 3. Тепловая машина совершает циклический процесс 1-2-3-1, изображен- Т ный на графике в координатах Т-Я. Найти коэффициент полезного действия тепловой машины. Считать Т1=300 К, Т2=1200 К, 81=2 Дж/К, 82=4 Дж/К, %=6 Дж/К. 4. Прн нагревании двухатомного идеального газа (2 моль) его термодинамическая температура увеличилась в 2 раза. Определи- те изменение энтропии, если нагревание происходит изобарно.
5. Один моль идеального а) одноатомного, б) двухатомного газа нагревается при постоянном давлении от Та=300 К до Т1=2Т0. Найти приращение энтропии газа. б. Определить температуру, удельный объем, плотность„энтро- пию, энталыппо сухого насыщенного водяного пара при давле- нии 1 МПа. 7. Изобразить для идеального газа примерные (схематические) графики изотермического, изохорического, изобарического . и адиабатического процессов на диаграмме: а) Я, Т; б) Я, 1/; в) Я, р. Энтропию Я откладывать по осн ординат. Графики изобразить проходящими через общую для них точку. 8. Энтропия моля водорода (Вя) прн температуре 25'С и давлении 1 атм равна 130 Дж/(моль К). Определить статистический вес трех молей водорода при указанных условиях. 9.
Идеальный газ совершает цикл, состоящий из двух адиабат и двух изобар. а) Как ведет себя внутренняя энергия и энтропия на различных участках цикла? б) На каких участках совершаемая газом работа и получаемое газом количество теплоты больше нуля? в) На каких участках совершаемая газом работа и получаемое газом количество теплоты меньше нуля? 10.
Чтобы расплавить некоторую массу меди, требуется большее количество теплоты, чем для плавления такой же массы цинка, так как удельная теплота плавления меди в 1,5 раза больше, чем цинка (Лс„' — — 1,8 105 —, Лг„= 1,2 105 Дж/кг). Температура плавления меди примерно в 2 раза вьппе температуры плавления цинка (Тс„= 1356 К, Тг.„— — 693 К). Разрушение кристаллической решетки металла при плавлении приводит к возрастанию энтропии.
Чему равно изменение энтропии меди, если энтропия цинка увеличилась на ЬЯ? Вариант 3 1. КПД цикла Карно равен 40%. Если на 20% увеличить температуру нагревателя и на 20% уменьшить температуру охладителя, то какого значения достигнет КПД (в %)? Я 2. Тепловая машина совершает' цикли'ческий 'процесс 1-4-3-2-1, изображенный на графике в координатах Б-Т. Найти коэффициент полезного действия тепловой машины, если Тз=ЗОО К, То=600 К, .Тз=900 К, Бз=1 Дж/К, 8г=5 Дж/К. Т, Т Т. Т 3.
Первая тепловая машина совершает циклический процесс 1-4-3-2- з з 1, а вторая 1-6-5-2-1 (см.график). з Я Считать Т~=ЗОО К„То=600 К„Тз=900 К, Бз=1 Дж/К, Из=5 Дж/К. а) Во сколько раз больше коэффициент полезного действия второй тепло- 6 вой машины. б) На сколько процентов болыле коэффициент полезного з Т Т действия второй тепловой машины. 4. 2 кг кислорода при температуре 300 К обратимо сообщили 3 00 Дж теплоты. Чему равно изменение энтропии газа? 5. Один моль идеального а) одноатомного, б) трехатомного газа нагревается при постоянном давлении от То=300 К до Т)=2То.
Найти приращение энтропии газа. 6. Углекислый газ, занимающий объем 4 мз и имеющий начальную температуру 20оС, нагревается при постоянном объеме. При этом его давление повышается от 0,1 Мпа до 0,3 МПа. Затем газ адиабатно расширяется до давления 0,15 МПа. Определить количество теплоты, работу изменения объема, изменение внутренней энергии, изменение энтропии и энтальпнн для каждого процесса. Изобразить процессы в (Р,У) и (Т,Я)-диаграммах. 7. Энтропия моля водорода (Нг) при температуре,25 С и давлении 1 атм равна 130 Дж/(моль" К). Определить статистический вес одного моля водорода при указанных условиях.
8. Изобразить для идеального газа графики изотермического и адиабатического процессов на диаграмме Ц Я. 9. Чтобы расплавить некоторую массу свинца, требуется меныпее количество теплоты, чем для плавления такой же массы серебра, так как удельная теплота плавления свинца в 4 раза 'меныпе, чем серебра (Лро — — 2 10~ — ', Ля = 8 104 Дж/кг). Температура плавления свинца примерно в 2 раза ниже температуры плавления серебра (Трь = 600 К, Т„я = 1230 К). Разрушение кристаллической решетки металла при плавлении приводит к возраста- 54 55 нию энтропии.
Чему равно изменение энтропии меди, если энтропия свинца увеличилась на А5? 10. Переведите идеальный цикл а Карно аЬсс1 (рис.) на диаграмме ь р — Ч между состояниями, харак- 'т! теризующимися параметрами Тт и Тз и (рмЧа), (рс,Чс), в цикл аЬсс1 с) на диаграмме температура- энтропия. Вычислите АЯ. Ч ЛАБОРАТОРНАИ РАБОТА 14 ИЗМЕРЕНИЕ МОЛЯРНОИ ТЕПЛОТЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ ВОДЫ Тема работы: РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ Вопросы к допуску к лабораторной работе 14 1.
Что называется скрытой теплотой парообразования? 2. Как определяется скрытая теплота парообразования в'данной работе? 3. Дайте определение фазового перехода 1 рода, П рода. 4. Объясните уравнение Клапейрона-Клаузиуса. 5. Что такое насыщенный пар? Как производится обработка результатов измерений? б. Зачем строить график зависимости давления от температуры в логарифмическом масштабе? Вопросы к защите лабораторной работы 14 1. Чем отличаются реальные газы от идеальных? 2. Какова особенность сил межмолекулярного взаимодействия? 3.
Запиплгге уравнение Ван-дер-Ваальса для произвольного количества вещества. В чем смысл поправок при выводе уран'. пения Ван-дер-Ваальса? ' 4. Объясните экспериментальные изотермы реального газа. 5. Что такое критическая точка'? критическая температура? 'критическое состояние? б. Как связаны коэффициенты Ван-дер-Ваальса с критическими параметрами? 7.
Что такое насыщенный пар? 8. Какие состояния называются метастабильными? Почему пе' регретая жидкость и перенасыщенный пар являются'метастабильными? 9. Когда пар и жидкость могут находиться в состоянии динамического равновесия? Объясните с точки зрения молекулярно-кинетическойтеории,почему это происходит? 10. Что такое испарение и конденсация? плавление и кристаллизация? сублимация? 11. Какие из этих процессов происходят с поглощением теплоты, а какие с, выделением теплоты?, 12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
