Примеры решения задач по классической физике Примеры решения задач контрольной работы по физике Молекулярная физика и термодинамика Электростатика и постоянный ток Волновая оптика

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Пример 4. Кислород массой  занимает объем  и находится под давлением . При нагревании газ расширился при постоянном давлении до объема , а затем его давление возросло до  при неизменном объеме. Найти изменение внутренней энергии  газа, совершенную им работу А и теплоту Q, переданную газу. Построить график процесса.

Дано: ; ;

 ; ;

 ;

 .

 Найти: , , .

Решение. Изменение внутренней энергии газа выражается формулой

.

В данном случае .

 , (4.1)

где i – число степеней свободы молекул газа ( для двухатомных молекул кислорода i = 5 ).

Температуры газа в каждом состоянии найдем, используя уравнение Менделеева - Клапейрона

  .

Отсюда .

Подставим численные значения параметров каждого из трех состояний

 

 ;

 .

Подставляя в выражение (4.1) числовые значения находим

 .

Работа расширения газа при постоянном давлении выражается формулой

 .

Работа газа при  равна нулю.

 .

Таким образом, полная работа, совершаемая газом, равна

 .

Согласно первому началу термодинамики теплота Q, переданная газу, равна сумме изменения внутренней энергии  и работы А: , следовательно,

 .

График процесса приведен на рисунке 5.

 


 Рисунок 5.

 

 

Пример 5. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Температура нагревателя в 2 раза выше температуры охладителя. Работа цикла

1 кДж. Какое количество теплоты передано охладителя за один цикл?

Дано: ;

 .

 Найти: .

Решение. Количество теплоты, отданное охладителю, равно разности между теплотой, полученной газом от нагревателя и совершенной им работой

 . (5.1)

Из определения К.П.Д. тепловой машины

 

следует .

Теперь уравнение (5.1) примет вид

 . (5.2)

Для идеальной тепловой машины К.П.Д. равно

 .

По условию задачи .

Значит . (5.3)

Подставляя формулу (5.3) в уравнение (5.2), и с учетом численного значения , получаем

 .

Примеры решения задач по физике