Тема 3. Второе начало термодинамики. Реальные газы

Контрольные вопросы

1. Какие процессы называют обратимыми, а какие — необратимыми? Что такое круговой процесс (цикл)? Как выглядят циклы тепловых двигателей и холодильных машин? Как определить КПД тепловой машины?

2. Что представляет собой цикл Карно? Почему изучение этого цикла представляет особый интерес? Как определить КПД цикла Карно? От чего зависит КПД такого цикла?

3. На чем основан принцип работы холодильной машины? Что такое холодильный коэффициент? Как он определяется? Как рассчитать КПД цикла холодильной машины? Какие значения могут принимать эти коэффициенты?

4. Сформулируйте второе начало термодинамики. Объясните, что называется энтропией. Чему равно изменение энтропии при переходе газа из одного состояния в другое?

5. Чему равно изменение энтропии при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое?

6. Что такое термодинамическая вероятность состояния? В чем состоит статистический смысл второго начала термодинамики? Запишите связь изменения энтропии с термодинамическими вероятностями начального и конечного состояний газа.

7. Почему законы реальных газов отличаются от законов идеальных газов? Какой газ считается идеальным? Чем обусловлены поправки в законах реальных газов по сравнению с законами идеальных газов?

8. Запишите уравнение Ван-дер-Ваальса и сравните его с уравнением состояния идеального газа. Начертите изотермы Ван-дер-Ваальса и сравните их с экспериментальными и изотермами для идеального газа.

9. Чему равна внутренняя энергия реального газа? Почему она отличается от внутренней энергии идеального газа? Как рассчитать работу против сил взаимодействия молекул при переходе реального газа из одного состояния в

10. другое?

11. Какое состояние вещества называется критическим? Как определить критические значения термодинамических параметров?

ЛИТЕРАТУРА

1. И.В. Савельев. Курс физики. М., 1989.Т. 1 (§ 81-89).

2. АЛ. Детлаф, БМ. Яворский. Курс физики. М., 1989 (§ 11.1-11,8., 12.1 – 12.5)

3. Т.И. Трофимова, Курс физики. М., 1985 (§ 56-63).

Задача 16. Газ совершает за цикл Карно работу, равную A. При этом он получает от нагревателя количество теплоты Q₁ при температуре T₁ и отдаёт холодильнику количество теплоты Q₂ при температуре T₂. КПД такого цикла равен η. Найти неизвестные величины, выполнить дополнительное задание.

Номер задания	A, Дж	Q1, Дж	Q2, Дж	T1, Дж	T2, К	Построить график зависимости
	?			?		η=f(T1) при T2=const
	?			?
	?			?
	?			?
			?		?	η=f(T2) при T1=const
			?		?
			?		?
			?		?
		?		?		η=f(Q1) при Q2=const
		?		?
		?		?
		?		?
	?				?	η=f(Q2) при Q1=const
	?				?
	?				?
	?				?
			?	?		η=f(T1) при T2=const
	692,3		?	?
			?	?
	771,4		?	?
		?			?	η=f(T2) при T1=const
	121,4	?			?
	157,4	?			?
		?			?
	?			?		η=f(Q2) при Q1=const
	?			?
			?		?
			?		?
	771,4		?	?		=f(T2) при T1=const
		?			?
	121,4	?			?
		?		?		η=f(Q1) при Q2=const
		?		?
		?		?
		?		?

Задача 17. К идеальному газу массой m подводится определённое количество теплоты, и газ одним из процессов, сопровождающихся изменением температуры от T₁ до T₂ или объёма от V₁ до V₂, переводится из состояния 1 в состояние 2. Изменение энтропии равно DS. Найти неизвестную величину согласно номеру задания в таблице.

Номер задания	Газ	Изопроцесс	m, г	T1, К	T2, К	V1, м3	V2, м3	DS, Дж/К
	H2	p=const	?				742,9
	Ar		?		12,96
	N2	5,6		?	6,39
	CO2	13,2			?
	O2	T=const	?		0,15	0,6	2,88
	N2	14,0	?	0,25	6,687
	CO2	5,5	0,1	?	1,86
	He	10,0	0,02	0,1	?
	N2O	V=const	?				8,64
	Ar	4,2	?		0,538
	H2	6,0		?	20,97
	O2	8,0			?
	He	p=const	?		0,1	0,4	115,2
	O2	6,4	?	0,5	5,33
	N2O	8,8	0,2	?	9,216
	Kr	12,0	0,15	0,45	?
	N2O	T=const	?		0,25	1,0	17,28
	H2	5,0	?	1,5	14,4
	Ar	28,0	0,08	?	9,36
	O2	24,0	0,05	0,2	?
	Kr	V=const	?				0,64
	N2O	11,0	?		1,39
	O2	12,0		?	3,159
	He	2,0			?
	H2	p=const	?				742,9
	Ar		?		12,96
	N2	5,6		?	6,39
	CO2	13,2			?
	O2	T=const	?		0,25	1,0	17,28
		6,4	?	1,5	14,4
		8,8	0,08	?	9,36
		12,0	0,05	0,2	?
	Ne	p=const	?				14,4
	Kr	24,0	?		1,179
	H2	8,0		?	47,17
	H2O	5,4			?

Задача 18. Найти изменение энтропии при переходе вещества массой m из одного состояния в другое.

Номер задания	Вид перехода	m, кг	t1, °C	t2, °C
	Лёд при t1 температуре в воду при температуре t2	1,0	-10
	0,5	-20
	2,0	-30
	1,0	-40
	Ртуть при t1 в пар при t2, нагреваемый при постоянном давлении	0,005
	0,01
	0,001
	0,02
	Расплавленный свинец при температуре плавления в твёрдое вещество при температуре t2	0,1
	0,3
	0,2
	0,5
	Пар при t1, охлаждаемый при постоянном объёме, в воду при t2	0,1
	0,2
	0,5
	1,0
	Олово в твёрдом состоянии при t1 в расплав при температуре плавления	0,1
	0,2
	0,5
	1,0
	Спирт при t1 в пар при температуре кипения	0,05
	0,1
	0,01
	0,2
	Вода при t1 температуре в лед при температуре t2	1,0		-10
	1,5		-20
	2,0		-30
	2,5		-40
	Свинец в твёрдом состоянии при t1 в расплав при температуре плавления	0,25
	0,75
	0,3
	Расплавленный цинк при температуре плавления в твёрдое вещество при t2	1,0
	0,8
	0,5
	0,2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Тема 1.ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ. 3

Контрольные вопросы.. 3

Задачи. 4

Тема 2. ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ К ИЗОПРОЦЕССАМ И АДИАБАТИЧЕСКОМУ ПРОЦЕССУ В ИДЕАЛЬНОМ ГАЗЕ, ЭЛЕМЕНТЫ СТАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ФИЗИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ 12

Контрольные вопросы.. 12

Задачи. 13

Тема 3. ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ... 20

Контрольные вопросы.. 20

Задачи. 21