11. Termodynamika. Wybór i opracowanie zadań od 11.1 do Bogusław Kusz.

Podobne dokumenty
TERMODYNAMIKA. Przedstaw cykl przemian na wykresie poniższym w układach współrzędnych przedstawionych poniżej III

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

Termodynamika 2. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

13) Na wykresie pokazano zależność temperatury od objętości gazu A) Przemianę izotermiczną opisują krzywe: B) Przemianę izobaryczną opisują krzywe:

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Teoria kinetyczna INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

Jest to zasada zachowania energii w termodynamice - równoważność pracy i ciepła. Rozważmy proces adiabatyczny sprężania gazu od V 1 do V 2 :

Wykład 2. Przemiany termodynamiczne

16 GAZY CZ. I PRZEMIANY.RÓWNANIE CLAPEYRONA

Stany materii. Masa i rozmiary cząstek. Masa i rozmiary cząstek. m n mol. n = Gaz doskonały. N A = 6.022x10 23

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

Wykład 7. Energia wewnętrzna jednoatomowego gazu doskonałego wynosi: 3 R . 2. Ciepło molowe przy stałym ciśnieniu obliczymy dzięki zależności: nrt

TERMODYNAMIKA. Termodynamika jest to dział nauk przyrodniczych zajmujący się własnościami

dr Dariusz Wyrzykowski ćwiczenia rachunkowe semestr I

Temperatura i ciepło E=E K +E P +U. Q=c m T=c m(t K -T P ) Q=c przem m. Fizyka 1 Wróbel Wojciech

Wykład 4 Gaz doskonały, gaz półdoskonały i gaz rzeczywisty Równanie stanu gazu doskonałego uniwersalna stała gazowa i stała gazowa Odstępstwa gazów

Termodynamika 1. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

= T. = dt. Q = T (d - to nie jest różniczka, tylko wyrażenie różniczkowe); z I zasady termodynamiki: przy stałej objętości. = dt.

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 19 TERMODYNAMIKA CZĘŚĆ 2. I ZASADA TERMODYNAMIKI

prawa gazowe Model gazu doskonałego Temperatura bezwzględna tościowa i entalpia owy Standardowe entalpie tworzenia i spalania 4. Stechiometria 1 tość

termodynamika fenomenologiczna

Kalorymetria paliw gazowych

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

Budowa materii Opis statystyczny - NAv= 6.022*1023 at.(cz)/mol Opis termodynamiczny temperatury -

Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

TERMODYNAMIKA. przykłady zastosowań. I.Mańkowski I LO w Lęborku

Termodynamika fenomenologiczna i statystyczna

Wykład 13 Druga zasada termodynamiki

II zasada termodynamiki

Termodynamika poziom podstawowy

Entalpia swobodna (potencjał termodynamiczny)

Doświadczenie Joule a i jego konsekwencje Ciepło, pojemność cieplna sens i obliczanie Praca sens i obliczanie

Ć W I C Z E N I E N R C-5

Technika cieplna i termodynamika Rok BADANIE PARAMETRÓW PRZEMIANY IZOTERMICZNEJ I ADIABATYCZNEJ

Podstawowe pojęcia 1

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Śr Kin Ruchu Postępowego. V n R T R T. 3 3 R 3 E R T T k T, 2 N 2 B

1. PIERWSZA I DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI TERMOCHEMIA

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

ZEROWA ZASADA TERMODYNAMIKI

Ćwiczenie nr 3. Wyznaczanie współczynnika Joule a-thomsona wybranych gazów rzeczywistych.

Ćwiczenia do wykładu Fizyka Statystyczna i Termodynamika

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2018/19)

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 18 TERMODYNAMIKA 1. GAZY

Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1. Kontakt,informacja i konsultacje. Co to jest chemia fizyczna?

MODELOWANIE POŻARÓW. Ćwiczenia laboratoryjne. Ćwiczenie nr 1. Obliczenia analityczne parametrów pożaru

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

(1) Równanie stanu gazu doskonałego. I zasada termodynamiki: ciepło, praca.

WARUNKI RÓWNOWAGI UKŁADU TERMODYNAMICZNEGO

Rozwiązanie: Rozwiązanie najlepiej rozpocząć od sporządzenia szkicu, który jest pierwszym stopniem zrozumienia opisywanego procesu (serii przemian).

W pierwszym doświadczeniu nastąpiło wrzenie wody spowodowanie obniżeniem ciśnienia.

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

GAZ DOSKONAŁY W TERMODYNAMICE TO POJĘCIE RÓŻNE OD GAZU DOSKONAŁEGO W HYDROMECHANICE (ten jest nielepki)

Ćwiczenia rachunkowe z termodynamiki technicznej i chemicznej Zalecane zadania kolokwium 1. (2014/15)

Analiza konstrukcji i cyklu pracy silnika turbinowego. Dr inż. Robert Jakubowski

UZUPEŁNIENIA DO WYKŁADÓW A-C

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

100 29,538 21,223 38,112 29, ,118 24,803 49,392 41,077

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Pomiar ciepła spalania paliw gazowych

3. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. Ile jest równy ten przyrost w kelwinach?

Kinetyczna teoria gazów Termodynamika. dr Mikołaj Szopa Wykład

PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE

5. Ruch harmoniczny i równanie falowe

Temodynamika Roztwór N 2 i Ar (gazów doskonałych) ma wykładnik adiabaty κ = 1.5. Określić molowe udziały składników. 1.7

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

II zasada termodynamiki.

BUDOWA I WŁASNOŚCI CZĄSTECZKOWE GAZÓW

Doświadczenie B O Y L E

Przemiany gazowe. 4. Który z poniższych wykresów reprezentuje przemianę izobaryczną: 5. Który z poniższych wykresów obrazuje przemianę izochoryczną:

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

WYZNACZANIE STOSUNKU c p /c v

Układ termodynamiczny

Termodynamika Wykazać, Ŝe sprawność silnika Carnota, w którym substancją roboczą jest gaz doskonały, wynosi η = (T 1 -T 2 )/T 1.

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu: Termodynamika techniczna

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

WYZNACZANIE WIELKOŚCI KAPPA κ

J. Szantyr - Wykład nr 30 Podstawy gazodynamiki II. Prostopadłe fale uderzeniowe

4. 1 bar jest dokładnie równy a) Pa b) 100 Tr c) 1 at d) 1 Atm e) 1000 niutonów na metr kwadratowy f) 0,1 MPa

ZADANIA Z FIZYKI - TERMODYNAMIKA

Rozdział 8. v v p p --~ 3: :1. A B c D

Silniki tłokowe. Dr inż. Robert JAKUBOWSKI

Podstawy Obliczeń Chemicznych

WYKŁAD 2_2. 1.Entropia definicja termodynamiczna. przemiana nieodwracalna. Sumaryczny zapis obu tych relacji

Wykład FIZYKA I. 14. Termodynamika fenomenologiczna cz.ii. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

v x Ž WSTĘP DO TERMODYNAMIKI Kinetyczna teoria gazów M RT

Gaz rzeczywisty zachowuje się jak modelowy gaz doskonały, gdy ma małą gęstość i umiarkowaną

Przemiany termodynamiczne

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

1. 1 J/(kg K) nie jest jednostką a) entropii właściwej b) indywidualnej stałej gazowej c) ciepła właściwego d) pracy jednostkowej

25P3 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - III POZIOM PODSTAWOWY

M. Chorowski Podstawy Kriogeniki, wykład Metody uzyskiwania niskich temperatur - ciąg dalszy Dławienie izentalpowe

Silniki tłokowe. Dr inż. Robert JAKUBOWSKI

TERMODYNAMIKA PROCESOWA I TECHNICZNA

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Grzegorz Kornaś Zadania z fizyki

Wykład 6 Ciepło właściwe substancji prostych Ciepło właściwe gazów doskonałych Molowe ciepło właściwe gazu doskonałego przy stałej objętości (C )

LABORATORIUM Z KATALIZY HOMOGENICZNEJ I HETEROGENICZNEJ KINETYKA POLIKONDENSACJI POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Transkrypt:

ermodynamia Wybór i oracowanie zadań od do 5 - Bogusław Kusz W zamniętej butelce o objętości 5cm znajduje się owietrze o temeraturze t 7 C i ciśnieniu hpa Po ewnym czasie słońce ogrzało butelę do temeratury t 57 C Oblicz liczbę cząstecze gazu znajdującego się w butelce, ońcowe ciśnienie owietrza oraz cieło obrane rzez gaz Narysuj wyres () Butla gazowa o objętości,m wytrzymuje ciśnienie r 7 Pa Znajduje się w niej m69g azotu o temeraturze t 7 C Obliczyć ciśnienie gazu w temeraturze t Jeśli w wyniu ożaru butla ogrzeje się to w jaiej temeraturze nastąi jej rozerwanie? Masa molowa azotu: µ 8g W rocesie izobarycznym nmole wodoru o temeraturze K i ciśnieniu 6 Pa, zmniejszyło swoją objętość razy Oblicz temeraturę ońcową, racę i cieło wystęujące w tym rocesie Przedstaw racę na wyresie () Jeden mol tlenu jest ogrzewany od stałym ciśnieniu atmosferycznym hpa ocząwszy od temeratury t C Oblicz ile energii trzeba dorowadzić do gazu w celu otrojenia objętości jego objętości i jaą racę wyonał gaz? 5 Cieni wore foliowy zanurzony w wodzie o temeraturze t C zawiera owietrze o objętości dm i ciśnieniu hpa Jaą objętość będzie miał wore o zanurzeniu go o hm? Oblicz cieło oddane rzez gaz oraz narysuj wyres tej rzemiany rzy założeniu, że temeratura gazu nie uległa zmianie Dane: gęstość wody ρg/cm, rzysieszenie ziemsie gm/s 6 W rocesie izotermicznym objętość n moli owietrza o temeraturze wzrosła s razy Ile razy zmalało ciśnienie? Ile wynosi zmiana energii wewnętrznej? Jaą racę wyonał gaz? 7 W wyniu szybiego rozrężeniu n moli tlenu jego objętość wzrosła s razy Obliczyć rzyrost energii wewnętrznej tego gazu jeśli jego ciśnienie oczątowe wynosiło 8, 6 Pa a temeratura K 8 Podczas izobarycznego srężania tlenu o masie m g i temeraturze oczątowej t C, objętość jego zmniejszyła się s,5 razy Obliczyć: a) wyonaną odczas srężania racę, b) ilość odrowadzonego cieła 9

Znaleźć rodzaj gazu, tóry został srężony izotermicznie oraz jego objętość oczątową, jeżeli ciśnienie m g gazu o jego srężeniu zwięszyło się trzyrotnie, a raca wyonana rzy srężaniu W -,7 J Przed srężeniem ciśnienie gazu równało się 5 5 Pa, a jego temeratura t 7 C Masę m 6 g tlenu ogrzewa się od t 5 C do t 6 C Obliczyć ilość obranego cieła i zmianę energii wewnętrznej tlenu w rzyadu, gdy ogrzewanie zachodziło: a) izochorycznie, b) izobarycznie Dwa identyczne naczynia ołączone są zaworem W jednym z nich znajduje się azot od ciśnieniem,6 5 Pa i w temeraturze t 7 C a w drugim anuje różnia Znaleźć ońcową temeraturę i ciśnienie gazu, jeżeli o otwarciu zaworu część gazu rzeszła do ustego naczynia i ciśnienia w obu naczyniach wyrównały się Proces rzejścia azotu z jednego naczynia do drugiego jest rocesem adiabatycznym W silniu Carnota nastęują cztery rzemiany stałej ilości gazu: - izotermiczne rozrężanie gazu z objętości do w temeraturze, - adiabatyczne rozrężanie z objętości do, - izotermiczne srężanie gazu z objętości do w temeraturze, - adiabatyczne rozrężanie z objętości do Oblicz srawność taiego silnia gdy : a/ 7K i 7K b/ 77K i 7K c/ 7K i K * W silniu wyorzystano n5 moli azotu w cylu: - srężono izochorycznie gaz o temeraturze K w objętości do ciśnienia - rozrężono adiabatycznie do ciśnienia oczątowego i objętości, - nastęnie rzy stałym ciśnieniu osiągnięto stan ierwotny Narysu wyres () tego cylu oraz oblicz wydajność silnia Oblicz wydajność silnia racującego w cylu oazanym na rysunu Dane: 6K, 9K, 6K, gaz jednoatomowy -,67 5 Dlaczego odczas omowania dęti roweru rozgrzewa się oma?

Rozwiązania: R Jest to rzemiana izochoryczna stałej ilości gazu dosonałego dla, tórej: const nr i () Liczba moli i cząstecze gazu wynosi odowiednio: n i N N n A () R Ciśnienie ońcowe gazu wynosi: () Cieło obrane rzez gaz: + W + d C n( ) onieważ W i rzy czym C R gdzie i 5 Wstawiając dane: 5 - m, K, K, R8, J/(mol K), N A 6,, do wzorów (), () i () otrzymujemy: liczbę moli n,, liczbę cząstecze N,, ciśnienie ońcowe, 5 Pa oraz cieło,7j R mr 6 r Pa, r K µ R W rocesie izobarycznym mamy: () nr nr () oraz const () Ponieważ ojedyncza cząstecza wodoru zawiera dwa atomy więc jej liczba stoni wynosi i 5 i + 7 i5 a cieło molowe jest równe: C R R oraz C R R () Cieło oddane rzez gaz:

+ W + d C n( ) + d C n( ) + ( ) C n( ) oraz W ( ) ( ) nr ( ) () Wyni obliczeń: 5K, W 6J, 96J Ujemna wartość W i oznacza, że cieło zostało oddane rzez gaz i raca została wyonana nad srężeniem gazu R 588J, W 57J 5R Jest to rzemiana izotermiczna gazu dosonałego, więc: const nr czyli n R oraz () Na głęboości h ciśnienie hydrostatyczne wynosi: h ρ gh czyli + ρgh () Z równań () i () wynia: dm () + ρgh Cieło tej rzemiany obliczamy: nr + W W d d nr ln ln J 86 J d nr(ln ln ) ln () Wyni ujemny świadczy, że w tej rzemianie raca została wyonana nad gazem i gaz oddał otoczeniu nadmiar cieła 6R Ciśnienie zmalało s razy,, natomiast W nr ln nr ln s 7R Jeśli roces rozrężania jest szybi to można założyć, że w czasie rzemiany nie nastąiła wymiana cieła z otoczeniem Jest to rzyade rzemiany adiabatycznej dla tórej charaterystyczne są zależności: nr nr () oraz ()

Wiemy, że w tej rzemianie gazu + W czyli W d () Z równań () i () otrzymujemy: W d d ( ) () Dla gazu dosonałego o dwuatomowej cząsteczce liczba stoni swobody i5 a wsółczynni wynosi: C i + 7, C i 5 Ponieważ s ( s ) ( s ) Wyni obliczeń: 6 m, 56 J wsazuje, że gaz wyonał racę osztem swojej energii wewnętrznej Uwaga: dla orównania, na wyresie oazano wyres izotermicznej rzemiany tego gazu 8R Dla tlenu mamy: i 5 5 C R oraz µ g Korzystając z zależności w zadaniu otrzymujemy : a/ W R( ) 977 m 7 J, b/ C W J µ s ( ) 678 s µ 9R W rocesie izotermicznym mamy: nr + W W d d nr oraz czyli () d nr (ln ln ) nr ln m m Z obu równań wynia: W nr ln R ln dlatego µ R ln g µ W Jest to hel () R 5 m a/ const C n( ) R ( ) 5J, µ 7 m b/ const + W C n( ) R ( ) 75J µ 5 m oraz C n( ) R ( ) 5J µ R

Wsazówa: Waruni oczątowe:,, Waruni ońcowe:,, 5 Pa, 7K R Przemiana - jest izotermiczna dlatego: const () i nr oraz + W W d d nr d nr (ln ln ) nr ln () Przemiana - jest adiabatyczna dlatego: χ χ () oraz + W () Przemiana - jest izotermiczna dlatego ( const): (5) i oraz nr + W W d d nr d nr (ln ln ) nr ln (6) Przemiana - jest adiabatyczna dlatego: χ χ (7) oraz + W (8) Na odstawie równań (,,5,7) można udowodnić, że: (9)

Ponieważ: < to > co oznacza, że cieło jest dostarczone do silnia, to co oznacza, że cieło jest oddawane rzez silni do chłodnicy < < Pracę wyonaną rzez silni można obliczyć ze wzoru: W + + + W Wydajność silnia wynosi: η obrane obrane () obrane Na odstawie wzorów (,,6,8,9,) wydajność silnia racującego w cylu Carnota wynosi: + η Obliczenia: a/ 7K i 7K to η6,8%, b/ 77K i 7K to η6,7%, c/ 7K i,7 K to η99,% R η6,6% R Wsazówa: rozoznać rodzaj rzemian, naisać równania charaterystyczne dla tych rzemian, obliczyć, obliczyć cieło tych rzemian, oreślić odczas tórej rzemiany gaz obiera cieło i obliczyć wydajność W ( ) + ( ) + ( ) + ( ) K, η,96 + ( ) + ( ) 5R W czasie srężania owietrza nastęuje jego ogrzanie Część tego cieła rzejmuje materiał omi oddane