Дано:

$i=3$

$V=const$

$Q=300Дж$

$∆p=p_1-p_2=10^5Па$

$V-?$

Решение:

Запишем I начало термодинамики для изохорного процесса: $Q=∆U$(1), учитывая, что $∆U={i}/{2}υR∆T$(2), тогда, подставив (2) в (1), имеем: $Q={i}/{2}υR∆T$ или $υR∆T={2Q}/{i}$(3), где $i$ - число степеней свободы.

Запишем уравнение Менделеева-Клайперона для начального и конечного состояния газа: $p_1V=υRT_1$ и $p_2V=υRT_2$, вычтем одно из другого: $p_1V-p_2V=υRT_1-υRT_2$

$(p_1-p_2)V=υR∆T$, учитывая, что $∆p=p_1-p_2$ с учетом выражения (3): $∆pV={2Q}/{i}⇒V={2Q}/{i∆p}$(4). Тогда $V={2·300}/{3·10^5}=2·10^{-3}=2л$

Дано:

$m=6$кг

$t_1=5°C$

$t_2=150°C$

$p=const$

$μ_{возд}=29·10^{-3}$кг/моль

$R=8.31$Дж/моль·К

$A-?$

Решение:

Работа воздуха определяется выражением: $A=p·∆V$(1).

Запишем уравнение Менделеева-Клайперона: $p∆V={m}/{μ}R∆T$(2), где $μ$- молярная масса воздуха, $∆T=∆t=t_1-t_2=150°C-5°C=145°C=145K$.

Подставим (2) в (1), получим: $A=p·∆V={m}/{μ}R∆T={6·8.31·145}/{29·10^{-3}}=249300=249.3=249$кДж.

Дано:

$T=100°C$

$ϕ_{от}=60%$

$P_{вп}-?$

Решение:

Известно, что для $T=100°C$ давление насыщенного пара $P_*=100$кПа. Тогда $ϕ={P_{вп}}/{P_*}·100⇒P_{вп}=0.6·100=60$кПа.

Дано:

$η=60%$

$Q_x=100$Дж

$Q_н-?$

Решение:

1) Из теории о тепловых машинах $η={Q_н-Q_x}/{Q_н}·100%$.

$100=Q_н·0.4$

$0.6=1-{100}/{Q_н}$

$Q_н=250$Дж

Дано:

$A=100$Дж

$Q=-300$Дж

Решение:

По первому началу термодинамики $Q=∆U+A$. Следовательно $∆U=Q-A=(-300)-100=-400$Дж. Знак минус говорит о том, что внутренняя энергия уменьшилась на 400 Дж

Дано:

$ϕ_{отн}=62%$

$T=100°C$

$ρ_{вп}-?$

Решение:

Относительная влажность это отношение парциального давления паров воды в газе к равновесному давлению паров при данной температуре $ϕ={p}/{p_{нп}}$. При 100°C давление насыщенных паров равно атмосферному $p_{нп}=10^5$Па, тогда $ρ={p·M}/{R·T}={ϕ·p_{нп}·M}/{R·T}={0.62·10^5·0.018}/{8.31·373}=0.36{кг}/{м^3}$.

Дано:

$A_n=27.6$МДж

$m_б=ρ_б·v_б$

$v_б=3$л

$r=44$МДж/кг

$ρ_б=700$кг/м$^3$

$η-?$

Решение:

$η={A_п}/{A_з}$ - полезная и затраченная работа.

$A_з=Q$(сгорание бензина)$=r·m_б=r·ρ_б·v_б$.

$η={27.6·10^6}/{44·10^6·700·3·10^{-3}}·100%=30%$

Дано:

$p=const$

$Q=30·10^3Дж$

$∆V=0.6м^3$

$p-?$

Решение:

Запишем I начало термодинамики для изобарного процесса: $Q=A+∆U$(1), где $A=p·∆V$(2) - работа газа; $∆U={i}/{2}υR∆T$(3) - изменение внутренней энергии газа. Поскольку аргон-газ одноатомный, то число степеней свободы $i=3$.

Запишем уравнение Менделеева-Клайперона: $p·∆V=υR∆T$(4), тогда $∆U={3}/{2}p·∆V$(5)

Подставим (2) и (5) в (1): $Q=A+∆U=p·∆V+{3}/{2}p·∆V={5}/{2}p∆V$(6), откуда $p={2Q}/{5∆V}={2·30·10^3}/{5·0.6}=20·10^3=20кПа$

Дано:

$t_1=19°C$

$p_0=16.6г/м^3$

$ϕ=70%$

$t_2-?$

Решение:

Согласно показаниям психрометра, температура воздуха 19°C, а относительная влажность 70%. Плотность насыщенного водяного пара в воздухе $p_0=16.6г/м^3$ при 19°C, следовательно, плотность водяного пара в воздухе $p_0={p_0·ϕ}/{100%}={16.6·70%}/{100%}=11.62г/м^3$. Роса выпадет при температуре, при которой водяной пар с такой плотностью является насыщенным, т.е. при 13°C.

Дано:

$p=2100$Па

$ϕ=70%$

$p_н-?$

Решение:

Относительная влажность воздуха равна: $ϕ={p}/{p_н}·100%$, откуда давление насыщенных паров $p_н$ равно: $p_н={p·100%}/{ϕ}={2100·100%}/{70%}=3000=3$кПа.

Дано:

$V=50·10^{-3}м^3$

$ρ_в=10^3{кг}/{м^3}$

$t_1=20°C; t_2=100°C; η=0.35$

$q=4.3·10^7$Дж/кг

$c=4200$Дж/кг·К

$m-?$

Решение:

$Q_1=q·m$(1) - количество теплоты, которое выделяется при сжимании керосина, $m$ - масса керосина. $Q_2=c·m_в·(t_2-t_1)=c·ρ·V·(t_2-t_1)$(2) - количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть воду массой $m_в=ρ·V$(3), где $ρ$ - плотность воды, $c$ - удельная теплоемкость воды.

КПД нагревателя определяется выражением: $η={A_{полез}}/{A_{затр}}·100%={c·ρ·V·(t_2-t_1)}/{q_m}·100%$(4), откуда $m={c·ρ·V·(t_2-t_1)·100%}/{q·η}$(5). Подставим в (5): $m={4200·10^3·50·10^{-3}·(100-20)·100%}/{4.3·10^7·35%}={4.2·5·8}/{4.3·35}=1.1$кг.

Дано:

$m_к=0.08$кг

$V_в=3=3·10^{-3}м^3$

$ρ_в=1000{кг}/{м^3}$

$∆T=90K$

$q=4.3·10^7$Дж/кг

$c=4200$Дж/кг·К

$η-?$

Решение:

КПД нагревателя определяется выражением: $η={A_{полез}}/{A_{затр}}·100%$(1), $m_в=ρ_в·V_в$(2) - масса воды, где $A_{полез}=Q_п=cm_в·∆T=c·ρ_в·V_в·∆T$(3) - полезная работа; $A_{затр}=Q_з=q·m_к$(4) - затраченная (полезная) работа. Подставим (3) и (4) в (1) получим: $η={c·ρ_в·V_в·∆T}/{q·m_к}·100%={4200·10^3·3·10^{-3}·90}/{4.3·10^7·8·10^{-2}}·100%={1134000}/{3440000}·100%=32.965%=33%$.

Дано:

$T_1=100°С$

$P_1=40$кПа

$T=const$

$V_2={V_1}/{1.5}$

$P_2-?$

Решение:

По закону Менделеева-Клайперона $P_1·V_1=P_2·V_2⇒P_2={P_1·V_1}/{V_2}=40·1.5=60$кПа.

Дано:

${A_{12}}/{A_{23}}-?$

Решение:

Чтобы найти работу газа, нужно посчитать площадь под графиком в координатах p(V).

Посчитаем площадь под графиком в процессе 1-2 (как площадь трапеции) $$A_{12}={p_{0}+2,5p_{0}}/{2}(3V_{0}-V_{0})=3,5 p_{0}V_{0}$$

Посчитаем работу газа в процессе 2-3 $$A_{23}=p_{0}(5V_{0}-3V_{0})=2 p_{0}V_{0}$$

Итого: $${A_{12}}/{A_{23}}={3,5 p_{0}V_{0}}/{2 p_{0}V_{0}}=1,75$$

Дано:

$T_н=2T$

$T_x=T$

$η-$

Решение:

КПД цикла определяется по формуле: $η={T_н-T_x}/{T_н}·100%$(1), $T_н$ - температура нагревателя, $T_x$ - температура холодильника.

$η={2T-T}/{2T}·100%={T·100%}/{2T}=50%$