Второе начало термодинамики. Энтропия

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНТРОПИЯ

Вариант 1

1. Два сосуда, емкости которых V₁ = 1,6 л и V₂=3,4 л, содержат соответственно m₁ = 14 г окиси углерода (СО) и m₂=16 г кислорода (О₂). Температуры газов одинаковы. Сосуды соединяют, и газы перемешиваются. Определите приращение энтропии при этом процессе.

2. В политропном процессе энтропия одного килограмма азота увеличилась на 140 Дж/К; при этом температура газа изменилась от t₁ = 20°C до t₂ =120°С. Определите показатель политропы.

3. Цикл Карно осуществляется в интервале температур Т₁ = 600 К и Т₂ =200 К. Давления в конце изотермического расширения и в конце адиабатического сжатия одинаковы и равны р =2×10⁵ Па. Рабочим телом является воздух. Определите параметры точек цикла и полезную работу, совершаемую одним килограммом воздуха за цикл.

4. Кусок меди массой m₁= 300 г при температуре t₁ = 97⁰ C поместили в калориметр, где находится вода массой m₂ = 100 г при температуре t₂ = 7⁰ C. Найти приращение энтропии DS системы к моменту выравнивания температур. Теплоемкость калориметра пренебрежимо мала. Удельные теплоемкости: меди с_уд1= 385 Дж/(кг К), воды с_уд2= 4200 Дж/(кг К).

5. Идеальный газ совершает цикл 1–2–3–1, в пределах которого абсолютная температура изменяется в n раз. Цикл имеет вид, показанный на рисунке, где Т – температура, а S – энтропия. Найти КПД этого цикла.

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНТРОПИЯ

Вариант 2

1. Два сосуда, емкости которых V₁ и V₂, содержат по 1 кмоль идеального газа. Давления в обоих сосудах одинаковы. Температуры газов различны и равны соответственно Т₁ и Т₂. Определите, какое произошло изменение энтропии, когда сосуды соединили и система пришла в термодинамическое равновесие.

2. Найдите изменение энтропии 1 кг воздуха, если его давление увеличилось от 2×10⁵ Па до 10⁶ Па, а температура понизилась от 327°С до 127°С.

3. Коэффициент полезного действия цикла Карно h = 0,3. При изотермическом расширении газ получил от нагревателя Q₁ = 200 Дж энергии. Определите работу, совершаемую при изотермическом сжатии.

4. Смешано m₁ = 5 кг воды при температуре t₁ = 10⁰С с m₂ = 8 кг воды при температуре t₂ = 80⁰ C. Найти: 1) температуру смеси; 2) изменение DS энтропии системы, происходящее при смешивании. Удельная теплоемкость воды с_уд = 4200 Дж/(кг К).

5. Идеальный газ совершает циклический процесс, показанный на рисунке. Выразить КПД цикла через максимальную Т₁ и минимальную Т₂ температуры цикла.