Види термодинамічних процесів

Незамкнений (відкритий) процес – це ТДП, у якого початковий і кінцевий стани не співпадають (рис. 8, а).

Круговий (або: коловий; або: замкнений) процес – це ТДП, який починається і закінчується в одному стані, пройшовши низку проміжних станів (рис. 8, б, в).

рр р

12 2 2

3 3 1 3

0 V 0 V 0 V

а) б) в)

 

Рис. 8

Приклади розв’язування задач

 

1. Середня квадратична швидкість молекул азоту у 14 раз менша, ніж у молекул водню. Порівняти температури цих газів.

 

Дано: Ма = 0,028 кг/моль Мв = 0,002 кг/моль	Розв'язання: Тв в 14 разів більша за Та

 

2. Визначити кількість молекул газу, що міститься у балоні об’ємом 2 л при температурі 27 ˚С, якщо його тиск 200 кПа.

Дано: t 1 = 72рр = 2·10^5 Па Т = 3·10^2 К V = 2 л = 2·10^3м^3 k = 1,38·10^-23Дж/К	Розв’язання:

 

3. Визначити густину кисню, який міститься в балоні об’ємом 10 л під тиском 10⁵ Па та має температуру 17 ˚С.

Дано: М = 0,029 кг/моль р =10^5 Па t = 17˚С Т = 290 К V =10 л = 10^-2 м^3 R = 8,31	Розв'язання:

 

4. Манометр на балоні із стиснутим газом при температурі 30 ⁰С показав тиск 1,6 МПа, а під час зниження температури до 20 ⁰С – тиск 1,3 МПа. Чи витікав при цих умовах газ з балона?

 

Дано: t 1 = 72рр1 = 1,6·10^5 Па р1 = 1,6·10^5 Па Т1 = 303 К Т2 = 293 К V1 = V2 =V	Розв'язання: Якщо газ не витікав з балона, то т1 = т2 = const, і виконується закон Шарля ,якщо витікав, – то цей закон не виконується. ;

Газ з балона витікав, оскільки закон Шарля не виконується.

Методика розв’язування графічних задач на ізопроцеси

Щоб побудувати графік даного процесу в координатах, одна з яких не задана явно, необхідно:

1. Встановити, який з ТДП_р у задачі задано неявно (тобто не фігурує на графіку).

2. Нанести параметри кожного стану процесу на осі координат.

3. Проаналізувати кожну ланку процесу за схемою:

1) який це ІП, який ТДП_р залишається сталим при цьому ІП;

2) яке співвідношення між змінними параметрами;

3) виходячи з 2), встановити співвідношення між неявно заданими параметрами для двох послідовних станів цього ІП;

4. Встановити співвідношення між неявно заданими параметрами для всіх станів даного процесу і побудувати для них вісь координат.

5. Побудувати графік даного процесу в заданих координатах.

Приклад розв’язування задачі

Дано графік ТДП в координатах рТ. Зобразити графік цього процесу у координатах рV і VТ.

Розв’язання

1. У даній задачі неявно заданий об’єм, оскільки він не фігурує на графіку.

2. р 3. Аналізуємо кожну ланку процесу

р₂ 2 1 → 2: ізохорний процес, V₁ = V₂;

2 → 3: ізотермічний процес, Т₂ = Т₃;

р₃ < р₂ V₃ > V₂;

р₁= р₃ 1 3 3 → 1: ізобарний процес, р₃ = р₁;

 

0 Т₁Т₂ = Т₃ Т Т₃ > Т₁ V₃ > V₁

4. Отже, співвідношення між об’ємами в даному процесі:

V3 > V1 = V2

 

і отримуємо вісь для об’єму

V₁ = V₂ V₃ V

 

5. Будуємо графіки згідно аналізу задачі

V p

V₃ 3 р₂ 2

 

V₁=V₂ 1 2 р₁= р₃ 1 3

 

0 Т₁ Т₂ = Т₃ Т 0 V₁=V₂ V₃ V

 

Завдання. Побудувати графіки даних ТДП в координатах, одна з яких задана неявно.

V р р

1 2 3 2 1

 

3 2 1 3

 

 

Т Т V

 

Питання для самоперевірки

1. Який газ називають ідеальним, які його властивості?

2. Назвати основні макропараметри газу.

3. Чим вимірюється тиск7

4. Пояснити фізичний зміст абсолютного нуля.

5. Які шкали є для вимірювання температури?

6. Яка і від чого залежить швидкість молекул ідеального газу?

7. * Пояснити розподіл Максвелла і висновки з нього.

8. * Пояснити дослід Штерна і висновки з нього.

9. Основне рівняння МКТ ідеального газу.

10.Які основні наслідки основного рівняння МКТ ідеального газу?

11.* Вивести основні наслідки основного рівняння МКТ ідеального газу

12. Рівняння стану у вигляді Мендєлєєва і Клапейрона.

13. Які процеси називають ізопроцесами.

14. Описати ізопроцеси.

Тема 3. Властивості пари

1. Пароутворення – процес переходу рідин у газоподібний стан – пару.

Види пароутворення: випаровування і кипіння

2. Випаровування – пароутворення, яке відбувається з вільної поверхні рідини.

Властивості випаровування

1. Відбувається при будь-якій температурі.

2. Внаслідок вилітання найшвидших молекул рідина охолоджується (бо зменшується її внутрішня енергія), а пара нагрівається (внутрішня енергія пари збільшується).

3. Існує зворотний процес – конденсація – перехід речовини з газового стану у рідкий.

4. Процеси випаровування і конденсації відбуваються одночасно.

При переважанні процесу випаровування над конденсацією рідина охолоджується, а пара нагрівається, при переважанні конденсації над випаровуванням – навпаки: рідина нагрівається, а пара охолоджується.

5. У відкритій посудині випаровування рідини відбувається доти, поки вся вона не перетвориться на пару.

6. Швидкість випаровування залежить від:

1. роду речовини;

2. температури речовини;

3. площі вільної поверхні рідини;

4. зовнішнього тиску і тиску пари над рідиною;

5. наявності вітру (швидкості віднесення утвореної пари).