Zasady termodynamiki

Układ o całkowitej pojemności cieplnej 120 J/K otrzymuje 300 J pracy. Przyjmij brak wymiany ciepła z otoczeniem i brak zmian energii ruchu oraz położenia. Oblicz wzrost temperatury. Dane są modelowe.

Dalsze części: b) Jaki przyrost otrzymamy, jeśli 60 J oddano otoczeniu? c) Co stanie się z obliczonym przyrostem, gdy pominiemy część pojemności cieplnej ogrzewanych elementów?

Lodówka pracuje z otwartymi drzwiami w zamkniętym, izolowanym cieplnie pokoju. Co dzieje się z całkowitą energią pokoju, gdy lodówka pobiera energię elektryczną spoza pokoju?

Dalsze części: b) Jeśli w ciągu pewnego czasu pobrano 0,20 kWh energii elektrycznej, o ile wzrosła energia całego pokoju wraz z lodówką? c) Jak musiałaby przebiegać wymiana energii, aby pokój był trwale chłodzony?

Odwracalny silnik działa między 600 K i 300 K. W cyklu pobiera 800 J z gorącego zbiornika. Oblicz największą sprawność, pracę i ciepło oddane.

Dalsze części: b) Jaka byłaby maksymalna sprawność przy chłodnym zbiorniku 450 K i tym samym gorącym? c) Czy silnik oddający tylko 200 J z pobranych 800 J mógłby pracować między pierwotnymi zbiornikami?

Pompa cieplna w cyklu oddaje 5 kJ do ciepłego zbiornika i zużywa 1,25 kJ pracy. Ile pobiera z zimnego zbiornika i jaki ma COP grzania?

Dalsze części: b) Oblicz COP chłodzenia tej samej maszyny. c) Ile pracy i energii z zimnego źródła wymaga oddanie 10 kJ, jeśli COP pozostaje stały?

Modelowa elektrownia ma moc cieplną 1500 MW i sprawność elektryczną 0,32. Oblicz moc elektryczną i pozostałą moc cieplną w bilansie bez innych użytecznych odbiorów.

Ze zbiornika cieplnego o temperaturze 400 K przepływa 1200 J ciepła do zbiornika o temperaturze 300 K. Temperatury obu zbiorników pozostają stałe. Nie ma wymiany z otoczeniem ani wykonanej pracy. Oblicz zmianę entropii każdego zbiornika oraz łączną zmianę entropii.

Dodatkowa próba: Powtórz bilans dla zimnego zbiornika 350 K zamiast 300 K. Gorący zbiornik nadal ma 400 K i przekazuje 1200 J.

Jeden mol gazu doskonałego zajmuje połowę sztywnego, izolowanego cieplnie zbiornika. Druga połowa jest próżnią. Po usunięciu przegrody gaz wypełnia cały zbiornik i osiąga równowagę. Oblicz rzeczywiste ciepło, pracę wykonaną nad otoczeniem, zmianę energii wewnętrznej oraz zmianę entropii gazu. Przyjmij R = 8,314 J/(mol·K).

Dodatkowa próba: Jak zmieniłby się wynik dla entropii, gdyby próżnia zajmowała dwie trzecie początkowego zbiornika, a gaz jedną trzecią? Zachowaj ten sam gaz i izolację.

Silnik w pełnym cyklu pobiera 1200 J od zbiornika o temperaturze 600 K i oddaje 900 J zbiornikowi o temperaturze 300 K. Oblicz pracę użyteczną, sprawność i maksymalną sprawność silnika pracującego między tymi temperaturami. Czy podane wartości naruszają ograniczenie Carnota?

Dalsze części: b) Jaka byłaby maksymalna praca na cykl dla tego samego pobranego ciepła? c) Ktoś proponuje W = 800 J i Qc = 400 J przy tym samym Qh = 1200 J oraz tych samych temperaturach. Sprawdź osobno pierwszą i drugą zasadę.

Podczas sprężania wykonano nad gazem pracę 300 J. Jednocześnie gaz oddał otoczeniu 120 J ciepła. Oblicz zmianę energii wewnętrznej. Stosuj konwencję ΔU = Q − W, w której W oznacza pracę wykonaną przez gaz.

Dalsze części: b) Jakie oddane ciepło dałoby przy tej samej pracy zerową zmianę energii wewnętrznej? c) Jeśli gaz doskonały jest jednoatomowy, jego ilość wynosi 0,50 mola, a R = 8,314 J/(mol·K), oblicz zmianę temperatury dla pierwotnego procesu, używając ΔU = (3/2)nRΔT.

Gaz w cylindrze pobrał z otoczenia 3000 J ciepła i równocześnie rozszerzając się, wykonał pracę 800 J. Jak i o ile zmieniła się energia wewnętrzna gazu?