Консультация № 192494
28.01.2018, 20:22
0.00 руб.
1 4 2
Здравствуйте! У меня возникли сложности с таким вопросом:
Газообразный гелий в количестве 1 моль переводится из состояния 1 в состояние 4. Зависимость давления от объема показана на графике (см. рис.). Минимальная температура газа в процессе равна 200 К. Найти количество теплоты, полученной газом в процессе 1-2-3-4 (алгебраическая сумма на всех участках процесса). Ответ выразить в килоджоулях (кДж). Процессы 1-2 и 3-4 изобарические.
Прикрепленные файлы:
0cacf66ec4767508f52dcff7ed5163578bff5cf8.png

Обсуждение

в сети
Посетитель
226425
1567
30.01.2018, 23:44
общий
Адресаты:
Есть ответы?
У меня получилось 8310 Дж
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Посетитель
401595
16
01.02.2018, 21:25
общий
Не могли бы Вы написать ваше решение, ведь меня интересует подход и алгоритм решения подобных задач, а не ответ.
в сети
Посетитель
226425
1567
02.02.2018, 01:37
общий
это ответ
Здравствуйте, Валерий!
Ну, давайте попробуем.
Дано:
v=1 моль
Tmin=200 K
Q-?
Решение:
1. Сначала определимся, какая температура здесь минимальная.
Проведем изотерму через точку 1 (см. рис.)

Все остальные точки графика (2,3,4) лежат выше изотермы Т1, следовательно в точке 1 имеем минимальную температуру.
Итак,
T1 = 200 К
2. Q=Q12+Q23+Q34 (1)
3. Согласно 1 закону термодинамики для изобарного процесса
Q=[$916$]U+A = (3/2)vR[$916$]T + vR[$916$]T = (5/2)vR[$916$]T,
где [$916$]U - изменение внутренней энергии газа, А - совершаемая газом работа.
Тогда для процесса 1-2
Q12=(5/2)vR(T2-T1)
Согласно закону Гей-Люссака
V2/V1=T2/T1
Следовательно
T2=T1*V2/V1 = 3T1 (2)
Следовательно
Q12=5vRT1 (3)
4. Разберемся, что происходит с температурой и давлением на участке 2-3.
Здесь имеем прямую зависимость между объемом и давлением:
p3/p2=V3/V2
Поскольку p1=p2
Следовательно
p3=(2/3)p1 (4)
С учетом выводов (4) и (2) из уравнения Клапейрона
p3V3/T3 = p2V2/T2
Имеем
T3 = (4/3)T1 (5)
5. С учетом уравнения Менделеева
pV = vRT
количество теплоты Q12 можно выразить как
Q12 = (5/2)p1*2V0 = 5p1V0 (6)
Аналогично
Q34 = (5/2)p3*2V0 = 5*(2/3)p1V0 = (2/3)Q12 (7)
6. Теперь с процессом 2-3
[$916$]U23 = (3/2)vR(T3-T2)
С учетом (2) и (5)
[$916$]U23 = (-5/2)vRT1 (8)
Работа на участке 2-3 также отрицательна и численно равна площади трапеции
A23 = (-1/2)(p2+p3)V0 = (-1/2)(p1+(2/3)p1)V0 = (-5/6)p1V0 = (-1/6)Q12 = (-5/6)vRT1 (9)
Тогда
Q23 = [$916$]U23 + A23
С учетом (8) и (9)
Q23 = (-20/6)vRT1 (10)
7. Окончательно
Подставляем (6), (7) и (10) в выражение (1), получаем
Q = 5vRT1
Q=8310 Дж

Ночь, Луна, romantic - я мог и ошибиться - проверьте расчеты
Удачи

Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Советник
165461
578
02.02.2018, 17:32
общий
это ответ
Здравствуйте, Валерий!

Еще один вариант решения, без вычисления работы и тепла на отдельных участках процесса.



Объем газа в точке 1 равен V0. Обозначим давление и температуру в этой точке p0 и T0.
Заполним таблицу давления, объема и температуры в точках 1, 2, 3, 4.
Значения в колонках p, V получаются непосредственно из графика.
Температура вычисляется с учетом уравнения состояния для моля идеального газа pV = RT,
перемножением соответствующих коэффициентов в колонках p, V.

[table]
[row][col]Точка [/col][col] P [/col][col] V [/col][col] T [/col][/row]
[row][col] 1 [/col][col] p0 [/col][col] V0 [/col][col] T0 [/col][/row]
[row][col] 2 [/col][col] p0 [/col][col] 3V0 [/col][col] 3T0 [/col][/row]
[row][col] 3 [/col][col] 2p0/3 [/col][col] 2V0 [/col][col] 4T0/3 [/col][/row]
[row][col] 4 [/col][col] 2p0/3 [/col][col] 4V0 [/col][col] 8T0/3 [/col][/row]
[/table]
Для одного моля гелия U = (3/2)RT, так как гелий - адноатомный газ.
Изменение внутренней энергии [$916$]U в процессе 1-2-3-4 равно разности значений U в точках 4 и 1:
[$916$]U = (3/2)R(8/3)T0 - (3/2)RT0 = (5/2)RT0.
Работа A в процессе 1-2-3-4 равна площади заштрихованной на рисунке фигуры, и может быть посчитана
как сумма площадей двух прямоугольников и треугольника:
A = p0V0 + (1/2)*(1/3)P0*V0 + (2/3)p0*2V0 = (5/2)p0V0 = (5/2)RT0.
Поглощенное в процессе тепло равно
Q = [$916$]U + A = 5RT0.
Из таблицы видно что температура минимальна в точке 1, поэтому, в соответствии с условием задачи, T0 = 200 K,
и Q = 8310 Дж.
Форма ответа