Второе начало термодинамики

1.1. Какой круговой процесс называется равновесным и обратимым?

2.1. Определить давление и температуру воздуха при совершении цикла Карно в точках пересечения изотерм и адиабат, если максимальное давление и объем равны Р ₁ = 1 МПа и V ₃ = 6 м³, минимальные Р ₃ = 0,1 МПа и V ₁ = 1 м³. Масса воздуха m = 10 кг, показатель адиабаты g = 1,4.

Ответ: Т ₁ = Т ₂ = 349 К; Р ₂ = 5,95×10⁵ Па; V ₂ = 1,68 м³;

Т ₃ = Т ₄ = 210 К; Р ₄ = 1,67×10⁵ Па; V ₄ = 3,59 м³.

3.1. Мощность паровой машины 10 кВт, объем цилиндра 4 л, объем V ₀ = 1 л, объем V ₁ = 3 л. Давление пара в котле Р ₁ = 1 МПа, в холодильнике Р ₀ = = 0,1 МПа. Найти число циклов, которые делает машина за 1 с, если показатель адиабаты g = 1,3.

Ответ: 4 цикла.

4.1. Один моль двухатомного газа совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. Найти КПД цикла, если газ, занимающий объем 10 л при давлении Р ₁ = 10⁵ Па, увеличил эти параметры вдвое.

Ответ: h = 0,1.

ЭНТРОПИЯ

1.1. Какими независимыми величинами характеризуется микросостояние системы?

2.1. Найдите статистический вес наиболее вероятного распределения 6 одинаковых молекул по двум одинаковым половинам сосуда.

Ответ: 20.

3.1. Во сколько раз следует изотермически увеличить объем, занимаемый 4 молями газа, чтобы его энтропия увеличилась на 23 Дж/К?

Ответ: 2.

4.1. Мотор сообщает 1 Дж механической энергии холодильнику, поглощающему тепло из морозильной камеры при температуре –20 ºС и передающему его окружающему воздуху,имеющему температуру 15 ºС. Определите изменение энтропии морозильной камеры, считая, что холодильник работает по обратному циклу Карно.

Ответ: -28,57 мДж/К.

РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ЖИДКОСТИ

А. Реальные газы

1.1. Что называется реальным газом?

2.1. Определить давление ван-дер-ваальсовского водорода при температуре 0 °С, если молярный объем равен 0,5 м³.

Ответ: 22,8×10⁵ Па.

3.1. 1 киломоль гелия занимает объем V = 0,237 м³ при темпера­туре Т = 73 К. Найдите давление газа.

Ответ: Р = 2,7×10⁶ Па.

Б. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Явления ка­пиллярности и смачивания. Испарение и кипение жидкостей

1.1. Когда возникает жидкое состояние вещества?

2.1. Найти дополнительное (лапласовское) давление, создаваемое поверхностью находящегося под водой пузырька воздуха диа­метром 18 мм; мыльного пузыря диаметром 20 мм.

Ответ: 16 Па; 16 Па.

3.1. В отростке сосуда, закры­того поршнем, находится неко­торая масса воды в равновесии с насыщенным паром. Диаметр сосуда и отростка D = 5 см и d = = 2 мм. Поддерживая темпе­ратуру равной t = 20 °С, пор­шень опускают на высоту Н = 10 см; уровень воды в от­ростке при этом повышается на высоту h = 1 мм (см. рисунок). Оп­ределить давление насыщенного пара воды при t = 20 °С.

Ответ: Р = 2,13×10³ Па.

Вариант № 2.

ДАВЛЕНИЕ ГАЗА. ТЕМПЕРАТУРА И СРЕДНЯЯ ЭНЕРГИЯ

ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ.