Πρώτος θερμοδυναμικός νόμος και διάγραμμα PV αερίου

Πρώτος θερμοδυναμικός νόμος

Παράδειγμα 1

Ένα σύστημα αποτελείται από 3kg νερού σε 80⁰C. Στο σύστημα κάνουμε έργο 25kJ ανακατώνοντάς το κατάλληλα, ενώ παράλληλα αφαιρούνται 62,7 kJ θερμότητας. α) Ποιά είναι η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια του συστήματος;

Λύση.

Να θυμάστε ότι θεωρούμε το έργο θετικό όταν γίνεται ΑΠΟ το σύστημα στο περιβάλλον του. Έτσι αρνητικό είναι το έργο που γίνεται ΣΤΟ σύστημα. Για παράδειγμα αν ένα αέριο εκτονώνει ένα έμβολο, το έργο είναι θετικό. Αντίθετα αν έργο γίνεται για να συμπιέσουμε το έμβολο, το έργο είναι αρνητικό. Παίρνουμε θετική τη θερμότητα όταν ΜΠΑΙΝΕΙ στο σύστημα και αρνητική όταν ΑΦΑΙΡΕΙΤΑΙ από το σύστημα.

Q = ΔU + W.

Στο πρόβλημα μας, 25kJ έργου δίνεται στο σύστημα, και αφαιρούνται 62,7 kJ θερμότητας. Έτσι η θερμότητα και το έργο που γίνεται στο σύστημα έχουν εδώ αρνητικό πρόσημο.

Η συνολική αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια είναι αρνητική επειδή αφαιρείται περισσότερη ενέργεια σαν θερμότητα από ότι προστίθεται στο σύστημα κάνοντας έργο πάνω του.

Ασκηση

Σε ένα αέριο που εκτονώνεται, προσθέτουμε 400kj θερμότητας και το αέριο κάνει 800kj έργου προς το περιβάλλον. Ποιά είναι η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια του αερίου;

Έργο και διάγραμμα PV ενός αερίου

Στα παρακάτω προβλήματα το αέριο είναι αρχικά σε P₁=3 atm, V₁=1L, και U₁=456j. Η τελική κατάσταση είναι P₂=2atm, V₂=3L και U₂=456j. Αντιστρεπτές μεταβολές.

1. Το αέριο αφήνεται να εκτονωθεί με σταθερή πίεση σε όγκο 3L.Μετά ψύχεται μέχρι η πίεση να γίνει 2atm. α) δείξτε τη διαδικασία σε διάγραμμα PV και βρείτε το έργο που κάνει το αέριο.. b) Βρείτε τη θερμότητα που προστέθηκε κατά τη διαδικασία.

2. Το αέριο ψύχεται πρώτα με σταθερό όγκο μέχρι η πίεση να γίνει 2atm. Μετά αφήνεται να εκτονωθεί με σταθερή πίεση μέχρι ο όγκος να γίνει 3L. α) δείξτε τη διαδικασία σε διάγραμμα PV και βρείτε το έργο που κάνει το αέριο.. b) Βρείτε τη θερμότητα που προστέθηκε κατά τη διαδικασία.

3. Το αέριο αφήνεται να εκτονωθεί σε σταθερή θερμοκρασία μέχρι όγκο 3L και πίεση 1atm. Μετά θερμαίνεται με σταθερό όγκο μέχρι η πίεση να γίνει 2atm. α) δείξτε τη διαδικασία σε διάγραμμα PV και βρείτε το έργο που κάνει το αέριο.. b) Βρείτε τη θερμότητα που προστέθηκε κατά τη διαδικασία.

κατεβάστε από εδώ τις ασκήσεις αυτές