Газ массой m имеет начальные параметры - давление р1 и температуру t1. После политропного изменения состояния газа объём его стал V2 давление р2. Определить начальный объем V1, конечную температуру Т2 газа, показатель политропы n, теплоёмкость процесса с, работу расширения газа L, изменение внутренней энергии ∆U и изменение энтропии ∆S. Определить эти же величины, если изменение состояния газа происходит по изотерме до того же значения конечного объёма V2. Сделать и записать выводы по полученным расчётным данным. Показать процессы в p-V и T-s - диаграммах.
Контрольный вопрос. Каковы общая формулировка и математическое определение первого закона термодинамики? Дайте определение и объясните физическую сущность величин, входящих в уравнение первого закона термодинамики.
Таблица 1 – Номера вариантов, включаемых в задание (задача) 1
Вариант
задания Род
газа
18 воздух 20 0,95 1 30,8 0,07
Решение
Переводим давление из в Па:
(1)
где98067 – переводной коэффициент;
р1=98067∙0,95=93164Па
р2=98067∙30,8=3020464Па
Начальный объем воздуха находим из уравнения состояния идеального газа:
(2)
где - газовая постоянная воздуха (справочные данные), ;
- начальная температура воздуха, ;
(3)
Т1=20+273=293К
тогда
287∙29393164=0,903
а) Политропный процесс
Показатель политропы:
(4)
n=lg931643020464lg0,0700,903=1,36
Конечную температуру газа находим из соотношения параметров в политропном процессе:
(5)
откуда
(6)
Т2=293∙3020464931641,36-11,36=736К
Теплоемкость процесса:
(7)
где - массовая теплоемкость воздуха, как двухатомного газа, при постоянном объеме (справочные данные), ;
(8)
тут - мольная теплоемкость воздуха, как двухатомного газа, при постоянном объеме (справочные данные), ;
- молекулярная масса воздуха (справочные данные), ;
20,9328,96=0,723
- показатель адиабаты воздуха, как двухатомного газа (справочные данные);
Подставляя полученное значение в формулу (5), получаем
с=0,7231,36-1,41,36-1=-0,08
Работа расширения газа:
(9)
L=1∙287∙10-31,36-1293-736=-353,169кДж
Знак «минус» указывает на то, что газ сжимается.
Изменение внутренней энергии:
(10)
ΔU=1∙0,723∙736-293=320,289кДж
Изменение энтропии:
(11)
ΔS=1∙-0,08∙ln736293=-0,074
б) Изотермический процесс
0,903 - формула (2), 293К, 0,070 - из условия задачи.
Конечное давление:
(12)
р2=287∙2930,070=1201300Па
Показатель политропы .
Теплоемкость: .
Работа расширения газа:
(13)
L=1∙287∙10-3∙293∙ln0,0700,903=-0,734кДж
Знак «минус» указывает на то, что газ сжимается.
Изменение внутренней энергии:
(14)
Изменение энтропии:
(15)
ΔS=1∙287∙10-3∙ln0,0700,903=-0,734
Выводы: В политропном процессе объем газа уменьшается, следовательно, L<0 (работа совершается над газом); энтропия газа уменьшается, следовательно, Q<0 (теплота от газа отводится); температура газа увеличивается, следовательно, ΔU>0 (внутренняя энергия газа увеличивается)
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
