Question

Об'єм газу в балоні апарату АСП-2М при 23°С дорівнює 20 л. Яким С та охолодження на стане об'єм після послідовного нагрівання газу на 57 ° 24°С? 2. Охарактеризуйте ізохорний процес. 3. Запишіть рівняння Менделеева - Клапейрона. 4. Запишіть другий закон термодинаміки. 5. Що називають рівняння теплового балансу. Запишіть формулу ( з поясненням величин).

Answer 1

Ответ:

Для розв'язання першого завдання ми можемо використовувати закон Бойля-Маріотта, який стверджує, що "при постійній температурі об'єм газу зворотно пропорційний до тиску". За початкових умов газ має об'єм 20 л і температуру 23°C (або 296 K). Після нагрівання на 57 °С (або 330 K), ми можемо використовувати цей закон, щоб знайти новий об'єм:

(V₁ / T₁) = (V₂ / T₂),

(20 л / 296 K) = (V₂ / 330 K).

V₂ = (20 л * 330 K) / 296 K = 22.36 л.

Таким чином, об'єм газу після нагрівання становить близько 22.36 л.Ізохорний процес - це термодинамічний процес, під час якого об'єм газу залишається постійним. У такому процесі робота, здійснювана газом, дорівнює нулю, оскільки об'єм не змінюється.

Рівняння Менделеєва-Клапейрона має наступний вигляд:

PV = nRT,

де P - тиск газу, V - об'єм газу, n - кількість молекул газу, R - газова стала, T - температура в абсолютній шкалі (Кельвіна).Другий закон термодинаміки визначається принципом Клаузіуса та визначає, що "неможливо побудувати машину, яка б повністю перетворювала тепло у корисну роботу без додаткового виділення тепла в холодильніше середовище". Цей закон можна виразити в різних формах, але основна ідея полягає в обмеженні ефективності теплових машин.

Рівняння теплового балансу визначає взаємозв'язок між всіма тепловими потоками в системі. Формула цього рівняння виглядає наступним чином:

Q = ΔU + W,

де Q - тепловий потік, ΔU - зміна внутрішньої енергії системи, W - виконана робота системи.

Answer 2

1. Для розв'язання цього завдання ми можемо використати закон Гей-Люссака для ідеальних газів. Згідно з цим законом, при постійному тиску об'єм ідеального газу прямо пропорційний його температурі.

За умовою задачі, об'єм газу в балоні при 23 °C дорівнює 20 л. Щоб знайти новий об'єм після нагрівання до 24 °C, ми можемо скористатися наступним виразом:

(V₁ / T₁) = (V₂ / T₂)

де V₁ та T₁ - початковий об'єм і температура, V₂ та T₂ - новий об'єм і температура.

Підставляючи відомі значення, отримаємо:

(20 л / 23 °C) = (V₂ / 24 °C)

20 л * 24 °C = V₂ * 23 °C

480 л · °C = 23V₂

V₂ = 480 л · °C / 23

V₂ ≈ 20.87 л

Таким чином, об'єм газу після нагрівання до 24 °C становитиме приблизно 20.87 л.

2. Ізохорний процес - це процес, в якому об'єм системи залишається постійним. При такому процесі зміни відбуваються тільки в температурі і тиску газу. Залежно від змін в тиску, ізохорний процес може бути як адіабатним (без обміну теплом з оточенням), так і неадіабатним (з обміном теплом з оточенням).

3. Рівняння Менделєєва-Клапейрона (ідеального газу) дозволяє розрахувати відношення між тиском, об'ємом, температурою і кількістю речовини газу. Воно виглядає наступним чином:

PV = nRT

де P - тиск газу (у паскалях), V - об'єм газу (у метрах кубічних), n - кількість речовини газу (у молях), R - універсальна газова стала (8.314 Дж/(моль·К)), T - температура газу (у Кельвінах).

4. Другий закон термодинаміки встановлює, що жоден процес не може відбуватися самий собою з низької енергії до високої енергії без зовнішнього втручання. Це також сформульовано як "жоден двигун не може мати коефіцієнт корисної дії більше 1".

5. Рівняння теплового балансу встановлює зв'язок між витратами тепла на певний процес і зміною внутрішньої енергії системи. Воно має такий вигляд:

Q = ΔU + W

де Q - витрати тепла (у джоулях), ΔU - зміна внутрішньої енергії системи (у джоулях), W - робота (у джоулях), яку виконує система або яка виконується над системою.

Це рівняння показує збереження енергії в системі та розподіл енергії між нагріванням, зміною стану та виконанням роботи.