Первое начало термодинамики

1.7. Какие процессы, протекающие в термодинамической системе, называют изотермическими? Запишите первое начало термодинамики для изотермического процесса.

2.7. В баллоне емкостью 10 л содержится кислород при температуре 27 °С и давлении 10 МПа. Нагреваясь солнечными лучами, кислород получил 8350 Дж теплоты. Определить температуру и давление кислорода после нагревания.

Ответ: 310 К; 10,3 МПа.

3.7. В цилиндре двигателя находится идеальный газ. Для его нагревания сожгли 2 кг нефти с удельной теплотой сгорания 4,3·10⁷ Дж/кг. Расширившись, газ совершил работу 2 кВт.ч. Найти изменение внутренней энергии газа и коэффициент полезного действия установки.

Ответ: 78,8 МДж; 8,4 %.

4.7. Идеальный газ находится в вертикально расположенном цилиндре с площадью дна 10 см². Масса поршня 20 кг. Поршень в цилиндре может перемещаться без трения. Начальный объем газа 11,2 л. Температура газа 273 К. Теплоемкость этой массы газа при постоянном объеме С_V = 21 Дж/К. Найти количество теплоты, необходимой для нагревания газа на 10 К. Давление наружного воздуха не учитывать.

Ответ: 297,5 Дж.

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

1.6. Какой процесс называется необратимым?

2.7. При совершении цикла Карно двухатомный идеальный газ увеличивается в объеме при изотермическом расширении в три раза. Работа, совершаемая за цикл, равна 10 кДж. Вычислить работу, совершаемую газом, в процессе адиабатического сжатия.

Ответ: А ₄₁ = -22,75 кДж.

3.7. Найти давление в котле паровой машины, работающей с частотой 50 Гц, мощностью 5 кВт, имеющей объем цилиндра V ₂ = 1 л, объем изобарного расширения V ₁ = 0,5 л, объемом V ₀ пренебречь. Показатель адиабаты g = 1,3.

Ответ: Р ₁ = 0,245 МПа.

4.7. Тепловая машина работает по циклу, состоящему из двух изохор и двух адиабат. Определить КПД цикла, если объем изменяется в 5 раз. В качестве рабочего тела используется воздух.

Ответ: h = 0,47.

ЭНТРОПИЯ

1.7. Чем отличается термодинамическая вероятность от математической вероятности данного макросостояния?

2.7. Один моль идеального газа изотермически расширяется так, что при этом происходит увеличение энтропии на 9,13 Дж/К. Определите, во сколько раз при этом увеличился объем газа.

Ответ: 3.

3.7. При изохорическом нагревании 1 моля газа энтропия возросла на 22,85 Дж/К, а температура в 3 раза. Найдите молярную теплоемкость этого газа при постоянном объеме. Сколько атомов имеет молекула этого газа?

Ответ: 20,8 Дж/К; 2.

4.7. Холодильная машина работает по обратному циклу Карно в интервале температур от +70 до -50 ºС. Рабочим веществом является азот массой 50 г. Определите изменение энтропии газа, если отношение максимального объема газа к минимальному равно 4.

Ответ: 4,60 Дж/К.