Задачи на первый закон термодинамики с решениями

Иван Иван Обновлено: 31 Январь 2020 25 665 Время чтения: 9 минут

Доверь свою работу кандидату наук!

Содержание
Содержание

    Первый закон, или первое начало термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии. Разберемся, как он работает, с помощью решения простых задач. Кстати, у нас есть и примеры решения задач на второе начало термодинамики.

    Подписывайтесь на наш телеграм-канал, чтобы не только легко решать задачи, но и узнавать лайфхаки для любых жизненных ситуаций. 

    Первый закон термодинамики: решение задач

    Алгоритм решения задач на первый закон термодинамики ничем не отличается от алгоритма решения любой другой физической задачи. С ним вы можете ознакомиться, открыв нашу универсальную памятку. Также полезно будет держать под рукой формулы, которые часто используются при решении задач.

    Задача №1. Применение первого закона термодинамики

    Условие

    Газ находился в цилиндре с поршнем площадью поперечного сечения 200 см^2. После того, как газ нагрели, сообщив ему количество теплоты в 1,5*10^5 Дж, поршень сдвинулся на расстояние h=30 см. Как изменилась внутренняя энергия газа, если его давление осталось равным 2*10^7 Па.

    Решение

    Запишем первое начало термодинамики:

    Работу против внешних сил, которую совершил газ, можно найти по формуле из механики:

    Отсюда:

    Ответ: 30 кДж.

    Задача №2. Применение первого закона термодинамики

    Условие

    Над газом была совершена работа 55 Дж, а его внутренняя энергия увеличилась на 15 Джоулей. Какое количество теплоты получил или отдал газ в этом процессе?

    Решение

    Записываем первое начало термодинамики и подставляем значения:

    A пишется со знаком «минус», так как это работа внешних сил над газом, а не наоборот.

    Ответ: в процессе газ отдал 40 Дж теплоты.

    Задача №3. Расчет работы, изменения внутренней энергии и количества теплоты

    Условие

    Кислород нагрели при постоянном давлении p=80 кПа. Объем газа увеличился с 1 до 3 кубических метров. Определить изменение внутренней энергии кислорода, работу, совершенную газом, и количество теплоты, сообщенное ему.

    Решение

    Работа газа 

    Изменение внутренней энергии равно:

    Используем уравнение состояния газа:

    Число степеней свободы i для двухатомной молекулы равно 5.

    Согласно первому закону термодинамики, сообщенное газу тепло равно:

    Найдем:


    Ответ: А=160 кДж, ∆U=400 кДж, Q=560 кДж.

    Задача №4. Изопроцессы

    Условие

    Газ находится в баллоне при температуре 400 К. До какой температуры нужно нагреть газ, чтобы его давление увеличилось в 1,5 раза?

    Решение

    Так как нагревание газа происходит при постоянном объеме, процесс – изохорный. При изохорном процессе:

    Ответ: 600 К.

    Задача №5. Расчет изменения энтропии

    Условие

    Найти изменение ∆S энтропии при расширении массы m = 6 г гелия от объема V1 = 20 л под давлением р1 = 150 кПа к объему V2 = 60 л под давлением р2 = 100 кПа.

    Решение

    Изменение энтропии при переходе вещества из состояния 1 в состояние 2:

    Согласно первому началу термодинамики:

    Из уравнения Менделеева-Клапейрона выразим давление:

    Тогда:

    Из уравнения Менделеева-Клапейрона:

    Подставим числа:

    Ответ: ∆S=53,31 Дж/К.

    Кстати! Для наших читателей действует скидка 10% на любой вид работы.

    Вопросы по теме «1-ый закон термодинамики»

    Вопрос 1. Приведите пример действия первого закона термодинамики.

    Ответ. В качестве примера можно привести газ в сосуде. Если сообщить ему какое-то количество теплоты, оно пойдет на увеличение внутренней энергии газа в сосуде. 

    Вопрос 2. Сформулируйте первый закон термодинамики.

    Ответ. В любой изолированной системе запас энергии остается постоянным.

    Вопрос 3. Как еще можно сформулировать первый закон термодинамики?

    Ответ. Вот разные формулировки первого закона термодинамики:

    1. Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение внутренней энергии системы, а также на совершение работы против внешних сил.
    2. Невозможен вечный двигатель первого рода (двигатель, совершающий работу без затраты энергии).

    Вопрос 4. Что такое изопроцесс? Какие есть изопроцессы?

    Ответ. По определению:

    Изопроцесс – это термодинамический процесс, при котором один из параметров системы (давление, объем, температура, энтропия) остается неизменным.

    Изопроцесс может быть:

    • изотермическим (T=const);
    • изобарным (P=const);
    • изохорным (V=const);
    • Адиабатическим (отсутствует теплообмен с окружающей средой).

    Вопрос 5. При каком изопроцессе газ не совершает работу?

    Ответ. При изохорном.

    Ищете, где почитать теорию по теме, а учебника нет под рукой? Далеко ходить на надо, почитайте наш отдельный материал по первому началу термодинамики. А если при решении заданий понадобится помощь, обращайтесь в профессиональный студенческий сервис.

    Оцените материал
    25 665

    Доверь свою работу кандидату наук!

    Пожалуйста, убедитесь, что вводите e-mail верно
    {$ $select.selected.title $}
    Осталось указать: Вид работы Тему Почту
    Я даю согласие на обработку своих персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности и принимаю условия договора публичной оферты
    = Полное сопровождение до защиты + Шпаргалки для экзамена в подарок! + Предоплата всего 25%

    Контрольные, курсовые, дипломные

    от лучших специалистов

    Узнай стоимость
    Пожалуйста, убедитесь, что вводите e-mail верно
    {$ $select.selected.title $}
    Осталось указать: Вид работы Тему Почту
    Я даю согласие на обработку своих персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности и принимаю условия договора публичной оферты
    Комментарии отсутствуют
    Написать комментарий
    Оставить комментарий
    Укажите: Имя E-mail Комментарий
    Пользователь с таким E-mail уже существует! Авторизуйтесь
    Вы уже наш клиент? Авторизуйтесь
    Оставляя комментарий, я соглашаюсь на обработку своих персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности