Пригадайте:
1. Які знаки роботи газу в процесі його ізобарного розширення і стискання?
2. Які знаки роботи зовнішніх сил в процесі розширення і стискання газу?
3. Яку роботу здійснює 1 кмоль газу в процесі ізобарної зміни температури на один кельвін?
4. У яких із зазначених нижче процесів газ не здійснює роботи: а) ізохорне нагрівання;
б) ізобарне нагрівання;
в) ізохорне охолодження; в) ізобарне стискання?
Розв'язання задач
• Обчисліть роботу розширення 20 л газу в процесі ізобарного нагрівання від 27 °С до 120 °С. Тиск газу — 80 кПа.
• Яку роботу може здійснити водень масою 6 г унаслідок ізобарного підвищення температури на 60 К?
• Яку роботу здійснює газ у кількості 5 моль у процесі ізобарного підвищення температури на 100 К?
• Газ у процесі розширення від об'єму 2 10-3 м3 до 6 10-3 м3 здійснив роботу 600 Дж. Визначте, за якого тиску протікав процес розширення.
V. Підбиття підсумків уроку
Робота в термодинаміці визначається так:
Універсальна газова стала має значення роботи, яку здійснює один кіломоль газу в процесі ізобарної зміни температури на 1 К.
· Два способи зміни внутрішньої енергії:
o шляхом здійснення роботи;
o шляхом теплопередачі.
VI. Домашнє завдання
Зб.: р1 — № 18.11; 18.12; 18.19; 18.20;
1. Яку роботу здійснює газ під час ізобарного збільшення об'єму від 30 до 50 л? Тиск газу дорівнює 200 кПа.
2. У циліндрі під тиском 0,2 МПа міститься 2 м3 повітря за температури 10°С. Якою буде виконана робота під час ізобарного нагрівання повітря до температури 20°С?
3. Підготуйте декілька дослідів, які ілюструють зміну внутрішньої енергії газу внаслідок виконання роботи газом або над газом.
ДОДАТОК
1. Обчислення роботи в ізобарному процесі
Уявімо собі, що газ міститься у вертикальному циліндрі, закритому рухливим поршнем площею S. Нехай під дією прикладеної зовнішньої сили F поршень опустився на відстань Ar, стиснувши при цьому газ. Газ стискатиметься доти, доки сила F не зрівноважиться силою, що діє на поршень з боку газу й дорівнює pS, де р — тиск газу (якщо переміщення незначне, то тиск газу можна вважати постійним).
Очевидно, робота газу (Aa) при цьому обчислюється в такий спосіб:або
Якщо газ стискався, то— робота газу від'ємна; якщо газ
розширювався, то— робота газу додатна.
Робота зовнішніх сил матиме протилежний знак:
Отже, здійснюючи над газом додатну роботу, зовнішні тіла передають йому частину своєї енергії. У процесі розширення газу, навпаки, робота зовнішніх сил від'ємна.
2. Графічне визначення роботи газу
Роботі Aa газу для випадку постійного тиску можна дати просте геометричне тлумачення.
В ізобарному процесі роботу розширення газу можна обчислити на діаграмі p,V як площу прямокутника.
Здійснена газом робота чисельно дорівнює площі під графіком залежності p (V) й у тому випадку, коли тиск газу в результаті процесу змінюється. Щоб довести це, необхідно весь процес поділити на досить велику кількість етапів, на кожному з яких зміна тиску незначна.
Якщо газ зі стану 1 переводять у стан 2 різними способами (див. рис.), то очевидно, що різниця енергій U1 - U2 та сама, а робота — різна. Робота в термодинаміці залежить від послідовності станів, які проходить тіло від початкового до кінцевого стану.
3. Фізичний зміст газової сталої
Розв'яжемо таку задачу: азот масою 280 г нагріли за постійного тиску на 100 °С. Обчислимо роботу газу в процесі розширення.
, звідки
Тоді -
Підставляючи числові значення, дістаємо: A ~ 8,31 кДж. Якщо прийняти, що m = M, а, то A= R, тобто універсальна газова стала має значення роботи, яку здійснює один кіломоль газу в процесі ізобарної зміни температури на 1К. Таке тлумачення R відповідає раніше встановленому його найменуванню: R = 8,31.
Немає коментарів:
Дописати коментар