Первое начало термодинамики

1.16. Падающая гиря через привод вращает ротор электрического генератора. Ток от генератора нагревает спираль в объеме газа, окруженном адиабатной оболочкой. Каким образом следует установить границы термодинамической системы, чтобы можно было утверждать, что изменение ее состояния происходит через работу?

2.16. При изобарном нагревании молекулярного азота (N₂) ему было сообщено 21 кДж теплоты. Найти работу, совершенную газом, и изменение его внутренней энергии.

Ответ: 6 кДж; 15 кДж.

3.16. Азот (N₂) в воздушном шаре занимает объем 2 дм³ при нормальном атмосферном давлении 10⁵ Па. Определить количество тепла, которое необходимо сообщить газу, чтобы при постоянном давлении его объем увеличился вдвое. Натяжением оболочки шара пренебречь.

Ответ: 700 Дж.

4.16. В стальном цилиндре с легко подвижным поршнем находится идеальный газ. К газу было подведено 5 кДж теплоты. При этом газ совершил работу 1433 Дж. Масса одного моля газа 0,029 кг. Определить удельную теплоемкость газа при постоянном давлении.

Ответ: 10³ Дж/(кг·К).

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

1.14. Сформулируйте теорему Карно.

2.16. Определить работу, совершенную одним молем воздуха в цикле Карно, если объем газа увеличился в четыре раза при получении в изотермическом процессе Q ₁ = 5650 Дж теплоты. Первоначально газ находится при нормальных условиях.

Ответ: А = 2478 Дж.

3.16. Дизельный двигатель использует при работе 0,1 киломолей воздуха. Степень адиабатического сжатия b = 15, степень изобарного расширения a = 4, показатель адиабаты g = 1,4. Найти количество тепла, полученного газом за цикл, если в начале адиабатического сжатия температура Т ₁ = 300 К.

Ответ: Q = 7,85 МДж.

4.16. Тепловая машина работает по циклу, состоящему из двух изобар и двух адиабат. В качестве рабочего тела используется многоатомный идеальный газ. Степень сжатия газа Р ₁/ Р ₂ = 10. Найти КПД цикла.

Ответ: h = 0,29.

ЭНТРОПИЯ

1.16. Для каких систем выполняется закон возрастания энтропии? Является ли наша Вселенная такой системой?

2.16. Кислород массой 50 г нагревают изобарически, при этом температура газа увеличивается от 2 до 150 ºС. Найдите изменение энтропии газа.

Ответ: 19,6 Дж/К.

3.16. Вода массой 1 кг была охлаждена от 100 до 0 ºС. Удельная теплоемкость воды равна 4,2 кДж/(кг·К). Найдите изменение энтропии в этом процессе.

Ответ: -1,31 кДж/К.

4.16. Теплоизолированный сосуд, разделенный перегородкой на две части объемами 1 и 11 л, наполнен азотом. В первой части азот находится под давлением 10 кПа, во втором – 400 кПа, температура газа одинакова и равна 10 ºС. Определите изменение энтропии после удаления перегородки и установлении равновесного состояния.

Ответ: 1,19 Дж/К.