Первое начало термодинамики

1.10. Какие состояния термодинамической системы называют равновесными?

2.10. Какое количество теплоты потребуется для нагревания 5 м³ окиси углерода (СО) от температуры 0 до 220 °С, если газ находится в цилиндрическом сосуде, закрытом сверху легко скользящим невесомым поршнем? Атмосферное давление равно 9,35·10⁴ Па.

Ответ: 1,3 МДж.

3.10. Один кубометр молекулярного водорода (Н₂) при температуре 0 °С находится в вертикальном цилиндре, закрытом сверху легко скользящим поршнем. Масса поршня 1 т, а его площадь 0,49 м². Атмосферное давление 10⁵ Па. Какое количество теплоты потребуется для нагревания водорода до 300 °С?

Ответ: 461,5 кДж.

4.10. Одноцилиндровый двигатель объемом 200 см³ имеет степень сжатия 6 (т.е. объем газа при работе изменяется в 6 раз). Максимальное давление в цилиндре 2·10⁶ Па. Рабочим телом является идеальный двухатомный газ. Найти работу, совершаемую за 1 цикл, полагая процесс адиабатным. Найти изменение внутренней энергии газа.

Ответ: 511 Дж; 511 Дж.

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

1.8. Дайте определение второго начала термодинамики в формулировке Томсона.

2.10. Цикл Карно совершается многоатомным идеальным газом при изменении объема в изотермическом расширении от V ₁ = 0,1 м³ до V ₂ = 0,2 м³. Найти работу, совершаемую газом за цикл, если работа адиабатического сжатия равна 7 кДж.

Ответ: А ₄₁ = -30,4 кДж.

3.10. Найти расход топлива двигателя Дизеля мощностью 100 кВт. Степень сжатия b = 15, степень изобарного расширения a = 4, показатель адиабаты g = = 1,4. Теплота сгорания мазута q = 40 МДж/кг.

Ответ: 18 кг/ч.

4.10. Тепловая машина работает по циклу, состоящему из изотермы, изобары и изохоры. Максимальная температура достигается при изотермическом процессе и равна Т = 500 К. Степень сжатия 1 моля идеального газа составляет V ₁/ V ₂ = 4. Найти работу А газа за цикл.

Ответ: А = 2644 Дж.

ЭНТРОПИЯ

1.10. Что мешает точно определить энтропию в классической физике?

2.10. Определите изменение энтропии при изотермическом расширении кислорода массой 10 г от объема 25 литров до объема 100 л.

Ответ: 3,6 Дж/К.

3.10. Азот массой 1 кг сжимают поршнем адиабатически так, что его объем уменьшается в 5 раз, а затем при постоянном объеме давление возрастает в 25 раз. Определите изменение энтропии азота.

Ответ: 2,39 кДж/К.

4.10. Прирост энтропии между двумя адиабатами в цикле Карно равен 100 Дж/К. Разность температур между двумя изотермами равна 100 К. Какое количество теплоты превращается в работу в этом цикле?

Ответ: 10 кДж