ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
ТЕПЛОТА И РАБОТА. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИПример 1. В латунный калориметр массой 0,15 кг, со держащий 0,20 кг воды при 15 ْС, опустили железную гирю массой 0,26 кг при температуре 100 ْ С. Найти установившуюся общую температуру. Потери тепла не учитывать. Дано: mг=0,26 кг - масса гири, Т=373 К - начальная температура гири, mв=0,20 кг - масса воды, Т1= =288 К - начальная температура воды и калориметра, mk=0,15 кг - масса калориметра, сг=460 Дж/(кг ۠К), св=4187 Дж/(кг К), ск=380 Дж/(кг К) - удельная теплоемкость соответственно железа, воды, латуни. Найти: Тобщ - окончательную температуру (всех трех тел). Решение. Составим уравнение теплового баланса. Количество теплоты, отданное железной гирей, Qr = cгmг(Т-Тобщ) Количество теплоты, полученное водой, Qв=свmв(Тобщ – Т1) Количество теплоты, полученное калориметром, Qк=скmк(Тобщ – Т1) На основании закона сохранения энергии Qг=Qв+Qк или сгmг (Т – Тобщ) = свmв (Тобщ – Т1) + скmк (Тобщ – Т1) Находим из уравнения теплового баланса окончательную температур у: 460 ∙ 0,26 (373-Тобщ)=4200∙ 0,2 (Тобщ – 288) + 380∙ 0,15 (Тобщ – 288) 44610,8 – 119,6 Тобщ = 840 Тобщ – 241920 + 57 Тобщ - 16416 44610,8 + 241920 + 16416 = 840 Тобщ+ 57 Тобщ + 119,6 Тобщ 302946,8 = 1016,6 Тобщ Тобщ = 298 К Ответ. Окончательная температура равна 298 К (25 ْС). Пример 2. Стальной снаряд, летевший со скоростью 200 м/с, ударяется в земляную насыпь и застревает в ней. На сколько повысится температура снаряда, если на его нагревание пошло 60 % кинетической энергии? Дано: v0=200 м/с – начальная скорость снаряда, vr=0 – конечная скорость снаряда, η =60% = 0,6 – доля кинетической энергии снаряда, ушедшая на его нагревание, с=460 Дж/(кг∙ К)-удельная теплоёмкость стали. Найти: ΔТ-изменение температуры снаряда. Решение: Из всей кинетической энергии снаряда на его нагревание ушла энергия (1/2) ηmvо2/2. Увеличение внутренней энергии снаряда равно сmΔТ. Составим уравнение теплового баланса: сm ΔТ= ηmv02/2 Из составленного уравнения теплового баланса находим ΔТ= v02/2с. Подставляя числовые значения, получим: ΔТ= 0,6 40000м2/с2/ 2 460 Дж/(кг∙ К) = 26К Ответ. Температура снаряда повысилась примерно на 26 К. Пример 3. На какое расстояние рассчитана вместимость топливного бака автомашины «Москвич 412» (46 л), если скорость движения равна 85 км/ч, кпд двигателя равен 25%, а развиваемая мощность составляет в среднем 0,35 максимальной мощности, равной 55 кВт? Дано:V=46л – объём топливного бака, v=85 км/ч – скорость движения автомобиля, v=23,6 м/с, η =0,25 – кпд двигателя, N=55∙ 0,35=19,25 кВт – развиваемая мощность, ρ =700 кг/м3 – плотность бензина, q=4,6∙ 107 Дж/(кг ∙ К) – удельная теплота сгорания топлива. Найти: S-расстояние пройденное автомобилем. Решение: Пройденный путь можно найти из формулы: s=v∙ t, Время можно выразить из формулы: А=N∙ t → t=A/N, Работу можно выразить из формулы: η = А/q∙ m → A=η∙ qm, Массу можно вычислить по формуле: m=v∙ ρ Подставляя числовые значения, получаем: m=700 кг/м3 ∙ 0,046 м3=32,2 кг, А=0,25 ∙ 4,6 107Дж/(кг∙ К) ∙ 32,2кг= 37∙ 107 Дж, t=37∙ 107 Дж / 19,25∙ 103 Вт = 19200с. S=19200c∙ 23,6 м/с=453120 м = 453 км. Ответ: Вместимость топливного бака рассчитана на расстояние 453 км. Пример 4. Газ, занимавший объём V1 = 11 л при давлении 105 Па был изобарно нагрет от 20 до 100 ْС. Определите работу расширения газа. Дано: V1=11 л – первоначальный объём, Р= 100000 Па – давление газа, Т1 = 293 К – первоначальная температура, Т2 = 373 К - конечная температура. Решение: Работа расширения газа равна: А=р∙ (V2 – V 1). Поскольку газ нагревался изобарно, то V2 = V1 ∙ Т2 / Т1, Подставляя числовые значения получим: V2= 0,011 м3 ∙ 373 К / 293 К = 0,014 м3, А= 100000 Па (0,014 м3– 0,011м3) = 300 Дж. Пример 5. Температура нагревателя идеальной тепловой машины 117 ْС, а холодильника 27ْ С. Количество теплоты, полученное мвшиной от нагревателя за 1 с, равно 60 кДж. Вычислить КПД машины, количество теплоты, отдаваемое холодильнику в 1 с, и мощность машины. Решение. КПД идеальной тепловой машины максимален и равен КПД цикла Карно: η = η к = 1 – Т2 / Т1 где Т2 и Т1- температуры нагревателя и холодильника соответственно. Поскольку КПД тепловой машины связан с количеством теплоты Q1 полученным от нагревателя, и количеством теплоты Q2 , отдаваемым холодильнику, формулой количество теплоты, отдаваемое холодильнику в 1 с, определяется соотношением гдe q1- количество теплоты, получаемое в 1 с от нагревателя. Мощность N машины равна работе А, совершенной рабочим телом за 1 с. Для идеальной тепловой машины Вычисления: η = 1 – 300 К /390 К = 0,23; q2 = 60 кДж∙ 0,77 = 46 кДж; N = 14 кДж/c = 14 кВт Ответ: η = 23%; q2= 46 кДж; N = 14 кВт.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|