Практическая работа Основы термодинамики

Практическая работа «Первый закон термодинамики»

Задание №1

1. Вспомните теорию:

• Внутренняя энергия идеального одноатомного газа:

; ; ;

• Изменение внутренней энергии:

• Связь шкалы Кельвина со шкалой Цельсия

• Количество вещества

• Универсальная газовая постоянная

• Молярная масса

• Нормальные условия: нормальное атмосферное давление и температура

• Молярная масса воздуха

1. Решите задачу:

Вариант № 1. Рассчитайте внутреннюю энергию 3моль одноатомного идеального газа при температуре 127˚С.

Вариант № 2. Гелий массой 80 кг нагревается от 10˚С до 30˚С. Определите изменение внутренней энергии гелия.

Вариант № 3. Найдите изменение внутренней энергии гелия при изобарном расширении газа от начального объёма 10 л до конечного 15 л. Давление газа 10⁴ Па.

Вариант № 4. Идеальный одноатомный газ находится под давлением 10⁵ Па в сосуде объёмом 0,8 м³. При изохорном охлаждении внутренняя энергия газа уменьшается на 100 кДж. Чему равно конечное давление газа?

Вариант № 5. Какова температура одноатомного идеального газа, если известно, что внутренняя энергия 2 моль составляет 831 кДж?

Вариант № 6. Каково давление одноатомного идеального газа, занимающего объём 2 л, если его внутренняя энергия равна 300 Дж?

Вариант № 7. Идеальный одноатомный газ занимает объём 5 л и имеет давление 200 кПа. Какова его внутренняя энергия?

Вариант № 8. Какой объём занимает гелий, если при нормальном атмосферном давлении его внутренняя энергия равна 600 Дж?

Задание №2

1. Вспомните теорию:

• Работа газа в изобарном процессе:

; ; ;

• Работа газа в изохорном процессе:

• Работа газа и работа внешних сил:

1. Решите задачу:

Вариант № 1. Какую работу совершают 640г кислорода при изобарном нагревании от 20 до 30˚С.

Вариант № 2 Найти работу, которая совершается при изобарном нагревании 800 моль газа на 500 К.

Вариант № 3 Какая работа совершается воздухом массой 87 кг при нагревании его от 10 до 30˚С.

Вариант № 4. Кислород расширяется при постоянном давлении 10⁵ Па от объёма 0,1л до 0,8 л. Какая работа совершается при этом?

Вариант № 5. Азот массой 0,28 кг нагревается изобарно от температуры 290К до температуры 490К. Какую работу совершает газ при этом нагревании?

Вариант № 6. Определить работу, совершаемую гелием, находящимся под давлением 20 кПа, при изобарном сжатии на 0,3 м³.

Вариант № 7. При изобарном расширении азот массой 0,28 кг совершает работу 16,62 кДж. Как изменяется при этом его температура?

Вариант № 8. Каким был первоначальный объём газа, если, расширяясь при постоянном давлении 10⁵ Па до объёма 0,8 м³, он совершает работу 70 кДж?

Задание №3

1. Вспомните теорию:

• Первый закон термодинамики:

• Первый закон термодинамики в изобарном процессе (

• Первый закон термодинамики в изохорном процессе (

• Первый закон термодинамики в изотермическом процессе (

• Первый закон термодинамики в адиабатном процессе (

• Количество теплоты при нагревании (охлаждении):

;

1. Рассмотрите образцы решения задач:

• Газ азот массой 0,51кг изобарно нагрели на 81К. Найти: 1) работу, совершенную газом; 2) количество теплоты, сообщенное газу; 3) изменение его внутренней энергии.

Дано: Решение:

Первый закон термодинамики в изобарном процессе .

Т.к. азот двухатомный газ, решим задачу в таком порядке:

найдём работу газа по формуле , затем найдём количество

теплоты по формуле

Из первого закона термодинамики выразим изменение внутренней

энергии

Из таблицы =1000 12260Дж; Дж; .

Ответ: Дж;.

• Какое количество теплоты необходимо для изохорного нагревания гелия массой 4кг на 100˚С

Дано: Решение:

газ – He Первый закон термодинамики в изохорном процессе

Т.к. гелий одноатомный газ, найдём изменение внутренней энергии, используя

формулу;

25МДж

Ответ: 25МДж.

• В цилиндре компрессора сжимают идеальный одноатомный газ, количество вещества которого 4 моль. Определите, насколько изменилась температура газа за один ход поршня, если при этом была совершена работа 500 Дж. Процесс считайте адиабатным.

Дано: Решение:

Газ одноатомный Первый закон термодинамики в адиабатном процессе

Изменение внутренней энергии для одноатомного газа можно найти по

формуле ;

Процесс адиабатный ;

Ответ: температура поднялась на 10К

1. Решите задачу:

Вариант № 1. Какое количество теплоты было подведено к гелию, если работа совершаемая газом при изобарном расширении, составляет 2 кДж? Чему равно изменение внутренней энергии гелия?

Вариант № 2. При адиабатном сжатии 8 г гелия в цилиндре компрессора была совершена работа 1кДж. Определите изменение температуры газа.

Вариант № 3. Какую работу совершил идеальный одноатомный газ, и как при этом изменилась его внутренняя энергия при изобарном нагревании 2 моль газа на 50К? Какое количество теплоты получил газ в процессе теплообмена?

Вариант № 4. При изохорном нагревании газу было передано от нагревателя 250 Дж теплоты. Какую работу совершил газ? Чему равно изменение внутренней энергии газа?

Вариант № 5. При изохорном охлаждении внутренняя энергия уменьшилась на 350 Дж. Какую работу совершил при этом газ? Какое количество теплоты было передано окружающим телам?

Вариант № 6. При изобарном охлаждении на 100К внутренняя энергия одноатомного идеального газа уменьшилась на 1662 кДж. Какую работу совершил при этом газ, и какое количество теплоты было им передано окружающим телам?

Вариант № 7. При адиабатном расширении гелий перешёл из состояния с давлением 510⁵ Па и объёмом 8 л в состояние с давлением 210⁵ Па. При этом его объём удвоился. Определите работу газа.

Вариант № 8. Вычислите количество теплоты, сообщаемое 2 кг гелия, если его температура повышается на 10К а) изохорно б) изобарно.