Zadanie 8.5.9: Bilans energii w cyklu izotermiczno-izobarycznym gazu doskonałego
- Punkty
- 4 pkt
- Dział
- Termodynamika · Praca a wykresy przemian gazowych
- Trudność
- Poziom trudności: średnie
Bilans pracy, ciepła i energii wewnętrznej w cyklu izotermiczno-izobarycznym oraz rola I zasady termodynamiki.
Treść zadania
Na wykresie przedstawiono cykl kolejnych przemian, jakim ulega jednoatomowego gazu doskonałego (, ).
Współrzędne stanów:
- stan 1:
- stan 2:
- stan 3:
W przemianie spełniona jest zależność (przemiana izotermiczna), a w przemianie ciśnienie jest stałe.
```chart
{
"xAxis": { "label": "V [dm³]" },
"yAxis": { "label": "p [MPa]" },
"lines": [
{"x": 4, "y": 0.5},
{"x": 10, "y": 0.2},
{"x": 4, "y": 0.2},
{"x": 4, "y": 0.5}
]
}
```
a) Odczytaj niezbędne dane z wykresu i wpisz w tabeli wartości wykonanej pracy , ciepła wymienionego z otoczeniem oraz zmiany energii wewnętrznej gazu.
- Ustal, czy daną pracę wykonuje gaz (), czy siła zewnętrzna (), i wpisz X w odpowiednie miejsce.
- Ustal, czy ciepło jest pobierane przez gaz (), czy oddawane (), i wpisz X w odpowiednie miejsce.
- Ustal, czy energia wewnętrzna gazu rośnie czy maleje, i wpisz X w odpowiednie miejsce.
| Przemiana gazu | | | | | | | | rośnie | maleje |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| **** | | | | | | | | | |
| **** | | | | | | | | | |
b) Czy w przemianie można obliczyć pracę z I zasady termodynamiki? Odpowiedź uzasadnij.
Odpowiedź i wynik końcowy
a) Wypełniona tabela:
| Przemiana gazu | | | | | | | | rośnie | maleje |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| **** | | X | | | X | | | — | — |
| **** | | | X | | | X | | | X |
b) Nie, z samej I zasady termodynamiki () nie można wyznaczyć pracy w przemianie izotermicznej bez uprzedniej znajomości wymienionego ciepła . Ponieważ , równanie daje jedynie tożsamość , ale nie określa ich wartości liczbowej. Wartość pracy wyznacza się z całki pracy rozprężania: . (Gdyby ciepło było uprzednio zmierzone, np. kalorymetrycznie, wówczas praca wynikałaby bezpośrednio z relacji ).