- •© ННГАСУ, 2003
- •1. Основы термодинамического и молекулярно-кинетического методов исследования
- •1.1. Исходные положения термодинамики и молекулярной физики
- •1.2. Масса и размеры молекул
- •1.3. Основные понятия термодинамики
- •Рис. 1.2. График равновесного цикла
- •1.4. Разреженный газ как термодинамическая система
- •1.4.1. Экспериментальные газовые законы
- •Рис. 1.4. График изобарического процесса в координатах {V,T}. Сплошная линия – процесс при давлении р1, пунктир соответствует процессу при давлении р2.
- •Рис. 1.5. График изохорического процесса в координатах {p,Т}. Сплошная линия – процесс при объеме V1, пунктир соответствует процессу при объеме V2.
- •Тренировочное задание
- •1.4.2. Уравнение состояния идеального газа
- •Ответы на вопросы тренировочного задания, сформулированные на стр. 11
- •От уравнения (1.7), записанного для одного моля газа
- •1.4.3. Примеры решения задач на уравнение состояния газа
- •Задача 1
- •Задача 2
- •Дано:
- •Дано:
- •1.5. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории
- •Давление молекул на стенку сосуда. Давление согласно определению равно силе, с которой газ воздействует на площадку единичной площади, перпендикулярно площадке:
- •Величина суммарной силы воздействия молекул на площадку по III закону Ньютона равна суммарной силе, действующей на систему молекул со стороны площадки. Следовательно, сила может быть найдена по II закону Ньютона для системы материальных точек:
- •1.6. Замечание о средней квадратичной скорости. Распределение Максвелла молекул по скоростям
- •1.7. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа
- •1.8. Примеры решения задач
- •Задача 1
- •Задача 2
- •2. Термодинамический подход
- •2.1. Первое начало термодинамики
- •2.1.1. Работа, производимая термодинамической системой
- •Рис. 2.1. Схема вычисления работы при расширении газа
- •Рис. 2.2. Работа системы при ходе процесса
- •2.1.2. Количество теплоты и теплоемкость
- •2.1.3. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе
- •Для равновесных процессов, протекающих в газах, элементарная работа, производимая газом против внешних сил, состоит в работе расширения (2.1), поэтому первое начало термодинамики может быть записано в виде:
- •2.2. Адиабатический процесс
- •2.3. Второе начало термодинамики
- •2.3.1. Термодинамические циклы. Цикл Карно
- •2.3.2. Понятие об энтропии
- •3. Реальные газы. Фазовый переход жидкость - газ
- •3.1. Реальные газы. Уравнение Ван-Дер-Ваальса
- •3.2. Изотермы Эндрюса
- •3.3. Исследование уравнения Ван-Дер-Ваальса
- •3.4. Переход жидкости в пар
- •3.5. Примеры решения задач
- •Дано:
- •4. Зачетная контрольная работа № 2
- •4.1. Варианты домашних зачетных заданий
- •4.2. Приложение. Задачи, включенные в варианты зачетной контрольной работы № 2
- •Литература
55
262. Кислород массой m=250г, имевший температуру T=200K, был адиабатно сжат. При этом была совершена работа A=25кДж. Определить конечную температуру газа.
263. Во сколько раз увеличится объем водорода, содержащий количество вещества ν=0,4моль при изотермическом расширении, если при этом газ получит теплоту Q=800Дж? Температура водорода T=300K.
264. В баллоне при температуре T1=145K и давлении p1=2МПа находится кислород. Определить температуру T2 и давление p2 кислорода после того, как из баллона будет очень быстро выпущена половина газа.
265. Определить работу A2 изотермического сжатия газа, совершающего цикл Карно, КПД которогоη =0,4,если работа изотермического расширения равна A1=8Дж.
266. Газ, совершающий цикл Карно, отдал тепло приемнику теплоту Q2=14кДж. Определить температуру T1 теплоотдатчика, если при температуре теплоприемника T2=280K работа цикла A=6кДж.
267. Газ, являясь рабочим веществом в цикле Карно, получил от теплоотдатчика теплоту Q1=4,38кДж и совершил работу A=2,4кДж. Определить температуру теплоотдатчика, если температура теплоприемника
T2=273K.
268. Газ, совершающий цикл Карно, отдал теплоприемнику 67% теплоты, полученной от теплоотдатчика. Определить температуру T2 теплоприемника, если температура теплоотдатчика T1=430K.
269. Во сколько раз увеличится коэффициент полезного действияη цикла Карно, при повышении температуры теплоотдатчика от T1'=380K до T1''=560K? Температура теплоприемника T2=280K.
270. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Температура теплоотдатчика T1=500K, температура теплоприемника T2=250K. Определить термический КПДη цикла, а также работу A 1 рабочего вещества при изотермическом расширении, если при изотермическом сжатии совершена работа A2=70Дж.
271. Газ, совершающий цикл Карно, получает теплоту Q1=84кДж. Определить работу A газа, если температура T1 теплоотдатчика в три раза выше температуры T2 теплоприемника.
Литература
Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики/В.С. Волькенштейн. – М.: Наука, 1990. – 400 с.
Воробьев, А.А. Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений (включая сельскохозяйственные вузы/А.А. Воробьев, А.Г. Чертов. – М.: Высшая школа, 1983. – 160 с.
Рымкевич, П.А. Курс общей физики/ П.А. Рымкевич. – М.: Высшая школа,
1975. – 464 с.
Савельев, И.В. Курс общей физики. т. 2/И.В. Савельев. – М.: Наука, 1982. – 432 с.
56
Содержание
1. Основы термодинамического и молекулярно-кинетического методов |
|
исследования................................................................................................................ |
1 |
1.1. Исходные положения термодинамики и молекулярной физики .............. |
3 |
1.2. Масса и размеры молекул.............................................................................. |
3 |
1.3. Основные понятия термодинамики.............................................................. |
5 |
1.4. Разреженный газ как термодинамическая система..................................... |
9 |
1.4.1. Экспериментальные газовые законы ................................................... |
9 |
1.4.2. Уравнение состояния идеального газа............................................... |
12 |
1.4.3. Примеры решения задач на уравнение состояния газа.................... |
14 |
1.5. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории ....................... |
15 |
1.6. Замечание о средней квадратичной скорости. Распределение Максвелла |
|
молекул по скоростям............................................................................................... |
18 |
1.7. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Внутренняя |
|
энергия идеального газа............................................................................................ |
20 |
1.8. Примеры решения задач.............................................................................. |
22 |
2. Термодинамический подход ................................................................................ |
23 |
2.1. Первое начало термодинамики................................................................... |
23 |
2.1.1. Работа, производимая термодинамической системой...................... |
23 |
2.1.2. Количество теплоты и теплоемкость................................................. |
26 |
2.1.3. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в |
|
идеальном газе.......................................................................................................... |
26 |
2.2. Адиабатический процесс............................................................................ |
29 |
2.3. Второе начало термодинамики................................................................. |
31 |
2.3.1. Термодинамические циклы. Цикл Карно.......................................... |
32 |
2.3.2. Понятие об энтропии............................................................................ |
36 |
3. Реальные газы. Фазовый переход жидкость - газ.............................................. |
39 |
3.1. Реальные газы. Уравнение Ван-Дер-Ваальса........................................... |
40 |
3.2. Изотермы Эндрюса ..................................................................................... |
42 |
3.3. Исследование уравнения Ван-Дер-Ваальса.............................................. |
44 |
3.4. Переход жидкости в пар............................................................................. |
47 |
3.5. Примеры решения задач............................................................................. |
50 |
4. Зачетная контрольная работа № 2....................................................................... |
52 |
4.1. Варианты домашних зачетных заданий..................................................... |
52 |
4.2. Приложение. Задачи, включенные в варианты зачетной контрольной |
|
работы № 2................................................................................................................. |
52 |
Литература ................................................................................................................. |
55 |