сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 278
i

При рас­ши­ре­нии во­дя­но­го пара из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 2 по изо­тер­ме газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту 100 Дж. Если же сна­ча­ла газ будет рас­ши­рять­ся по изо­ба­ре, а потом по адиа­ба­те  — в ре­зуль­та­те чего также пе­рейдёт из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 2,  — то он со­вер­шит ра­бо­ту 171,8 Дж. Какую ра­бо­ту со­вер­шит газ, если сна­ча­ла будет изо­ба­ри­че­ски рас­ши­рять­ся, а после изо­хор­но охла­ждать­ся, пе­рей­дя снова из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 2? Пар счи­тать иде­аль­ным газом. бо­ко­вы­ми стен­ка­ми, по­кры­ты­ми про­ни­ца­е­мость

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Рас­смот­рим сна­ча­ла про­цесс 1-2, пред­став­ля­ю­щий собой изо­тер­му. На изо­тер­ме PV  =   const, по­это­му P1V1  =  P2V2 (1). Ра­бо­та при изо­тер­ми­че­ском рас­ши­ре­нии, чис­лен­ное зна­че­ние ко­то­рой за­да­но в усло­вии, равна

A_I=A_12=P_1 V_1 на­ту­раль­ный ло­га­рифм левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =100Дж.

Далее, рас­смот­рим про­цесс 1-3-2. Ра­бо­та на изо­бар­ном про­цес­се 1-3 равна A13  =  P1(V3 − V1). Ра­бо­та на 3-2 адиа­ба­те:

Q_32=0=A_23 плюс \Delta U,

A_23= минус \Delta U= дробь: чис­ли­тель: i , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка P_3 V_3 минус P_2 V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка =3 P_1 левая круг­лая скоб­ка V_3 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка ,

где i  =  6  — ко­ли­че­ство сте­пе­ней у трёх-атом­ной мо­ле­ку­лы воды. Пол­ная ра­бо­та 1-3-2, чис­лен­ное зна­че­ние ко­то­рой также за­да­но в усло­вии, равна

A_I I=A_13 плюс A_32=4 P_1 левая круг­лая скоб­ка V_3 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка =171,8Дж.

Вы­ра­зим те­перь про­ме­жу­точ­ное зна­че­ние объёма V3 через зна­че­ния объёма V1 и V2. Про­цесс 3-2 яв­ля­ет­ся адиа­ба­той, зна­чит, PV в сте­пе­ни г амма = const, с  гамма = левая круг­лая скоб­ка i плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка /i = левая круг­лая скоб­ка 6 плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка /6 = 4/3. Таким об­ра­зом,

P_3 V_3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =P_2 V_2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

С учётом урав­не­ния (1) на­хо­дим, что

P_1 V_3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =P_1 V_2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка V_1,

т. е. V_3=V_2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка V_1 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка . За­пи­шем от­но­ше­ние ра­бо­ты на про­цес­се 1-2 к ра­бо­те на про­цес­се 1-3-2:

 дробь: чис­ли­тель: A_I, зна­ме­на­тель: A_I I конец дроби = дробь: чис­ли­тель: P_1 V_1 \ln левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 P_1 левая круг­лая скоб­ка V_3 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: V_1 \ln левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 левая круг­лая скоб­ка V_2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка V_1 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \ln левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 левая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 1.718 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: e минус 1 конец дроби ,

где e  — есть ос­но­ва­ние на­ту­раль­ной экс­по­нен­ты. Из этого со­от­но­ше­ния легко уви­деть, что от­но­ше­ние объёмов в на­чаль­ной и ко­неч­ной точ­ках равно  дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби =e в сте­пе­ни 4 . На­ко­нец, из зна­ния ра­бо­ты, со­вершённой при изо­тер­ми­че­ском про­цес­се 1-2, на­хо­дим P_1V_1= дробь: чис­ли­тель: A_I, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби =25Дж. В ре­зуль­та­те, ис­ко­мая ра­бо­та, со­вершённая при изо­хор­ном рас­ши­ре­нии от V1 до V2, равна

A_III=P_1 левая круг­лая скоб­ка V_2 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка =P_1V_1 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: A_I левая круг­лая скоб­ка e в сте­пе­ни 4 минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби =1340Дж.

 

Ответ: 1340 Дж.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Рас­смот­рим сна­ча­ла про­цесс 1-2, пред­став­ля­ю­щий собой изо­тер­му. На изо­тер­ме PV  =   const, по­это­му P1V1  =  P2V2 (1). Ра­бо­та при изо­тер­ми­че­ском рас­ши­ре­нии, чис­лен­ное зна­че­ние ко­то­рой за­да­но в усло­вии, равна

A_I=A_12=P_1 V_1 на­ту­раль­ный ло­га­рифм левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =100Дж.

Далее, рас­смот­рим про­цесс 1-3-2. Ра­бо­та на изо­бар­ном про­цес­се 1-3 равна A13  =  P1(V3 − V1). Ра­бо­та на 3-2 адиа­ба­те:

Q_32=0=A_23 плюс \Delta U,

A_23= минус \Delta U= дробь: чис­ли­тель: i , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка P_3 V_3 минус P_2 V_2 пра­вая круг­лая скоб­ка =3 P_1 левая круг­лая скоб­ка V_3 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка ,

где i  =  6  — ко­ли­че­ство сте­пе­ней у трёх-атом­ной мо­ле­ку­лы воды. Пол­ная ра­бо­та 1-3-2, чис­лен­ное зна­че­ние ко­то­рой также за­да­но в усло­вии, равна

A_I I=A_13 плюс A_32=4 P_1 левая круг­лая скоб­ка V_3 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка =171,8Дж.

Вы­ра­зим те­перь про­ме­жу­точ­ное зна­че­ние объёма V3 через зна­че­ния объёма V1 и V2. Про­цесс 3-2 яв­ля­ет­ся адиа­ба­той, зна­чит, PV в сте­пе­ни г амма = const, с  гамма = левая круг­лая скоб­ка i плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка /i = левая круг­лая скоб­ка 6 плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка /6 = 4/3. Таким об­ра­зом,

P_3 V_3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =P_2 V_2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

С учётом урав­не­ния (1) на­хо­дим, что

P_1 V_3 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =P_1 V_2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка V_1,

т. е. V_3=V_2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка V_1 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка . За­пи­шем от­но­ше­ние ра­бо­ты на про­цес­се 1-2 к ра­бо­те на про­цес­се 1-3-2:

 дробь: чис­ли­тель: A_I, зна­ме­на­тель: A_I I конец дроби = дробь: чис­ли­тель: P_1 V_1 \ln левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 P_1 левая круг­лая скоб­ка V_3 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: V_1 \ln левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 левая круг­лая скоб­ка V_2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка V_1 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \ln левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 левая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 1.718 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: e минус 1 конец дроби ,

где e  — есть ос­но­ва­ние на­ту­раль­ной экс­по­нен­ты. Из этого со­от­но­ше­ния легко уви­деть, что от­но­ше­ние объёмов в на­чаль­ной и ко­неч­ной точ­ках равно  дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби =e в сте­пе­ни 4 . На­ко­нец, из зна­ния ра­бо­ты, со­вершённой при изо­тер­ми­че­ском про­цес­се 1-2, на­хо­дим P_1V_1= дробь: чис­ли­тель: A_I, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби =25Дж. В ре­зуль­та­те, ис­ко­мая ра­бо­та, со­вершённая при изо­хор­ном рас­ши­ре­нии от V1 до V2, равна

A_III=P_1 левая круг­лая скоб­ка V_2 минус V_1 пра­вая круг­лая скоб­ка =P_1V_1 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: V_2, зна­ме­на­тель: V_1 конец дроби минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: A_I левая круг­лая скоб­ка e в сте­пе­ни 4 минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби =1340Дж.

 

Ответ: 1340 Дж.

Классификатор: МКТ и тер­мо­ди­на­ми­ка. Пер­вый закон тер­мо­ди­на­ми­ки