Тест — Второе начало термодинамики

Question 1

Что в этой лекции требуется для глобальной обратимости процесса?

Accepted Answer

Чтобы существовал возврат, восстанавливающий систему и всё её окружение без каких-либо других изменений.

Question 2

Замкнутая система отдаёт 2 400 J термостату при 300 K. Изменение её энтропии равно ΔS = −6 J/K. Чему равны её энтропия обмена S_e и произведённая энтропия S_i?

Accepted Answer

S_e = −8 J/K и S_i = +2 J/K.

Question 3

Теплота Q = 1 200 J передаётся непосредственно от термостата при 600 K к термостату при 300 K. Чему равно изменение полной энтропии двух термостатов?

Accepted Answer

+2 J/K.

Question 4

Почему обычный холодильник не противоречит формулировке Клаузиуса?

Accepted Answer

Потому что перенос теплоты от холодного к горячему сопровождается подводом работы извне.

Question 5

Идеальный газ в количестве n молей испытывает расширение Джоуля–Гей-Люссака от объёма v до объёма V > v в жёстком адиабатическом сосуде. Удаление перегородки не изменяет окружение. Какой баланс верен?

Accepted Answer

Q = W = ΔU_gas = 0 и ΔS_tot = nR ln(V/v) > 0.

Question 6

Двигатель работает между двумя термостатами при 600 K и 300 K и получает Q_H = 1 000 J за цикл. Какова максимальная величина отдаваемой работы |W|?

Accepted Answer

500 J.

Question 7

Две подсистемы постоянного состава могут независимо обмениваться энергией и объёмом в изолированной совокупности. Что можно сказать об их равновесном состоянии?

Accepted Answer

T_1 = T_2 и P_1 = P_2.

Question 8

Циклическая машина получает алгебраические количества теплоты Q_k от термостатов при T_k > 0 и обменивается работой с идеальным источником. Какое утверждение согласуется с неравенством Клаузиуса и определениями этой лекции?

Accepted Answer

Σ_k Q_k/T_k ≤ 0; равенство характеризует глобальную обратимость, не доказывая локальную.

Question 9

Как в лекции строится энтропия на основе равенства ∮ δQ_rev/T = 0 для локально обратимых циклов?

Accepted Answer

S(B) − S(A) определяется интегралом от δQ_rev/T.

Question 10

Какое утверждение правильно описывает локальную обратимость?

Accepted Answer

Она требует возможности обратить каждый этап последовательности равновесных состояний бесконечно малым изменением ограничений.

Question 11

Необратимый процесс соединяет два равновесных состояния A и B, но его промежуточные состояния далеки от равновесия. Какое утверждение верно?

Accepted Answer

Изменение энтропии ΔS можно вычислить по локально обратимому пути между A и B, тогда как S_e и S_i зависят от реального процесса.

Question 12

Какой именно режим работы запрещает формулировка Кельвина–Планка?

Accepted Answer

Совершение цикла, единственным результатом которого являются получение теплоты Q > 0 от единственного термостата и отдача окружению W = −Q.

Question 13

Квазистатическое сжатие обязательно локально обратимо.

Accepted Answer

Неверно

Question 14

Какая последовательность описывает двигательный цикл Карно для идеального газа, если все его участки локально обратимы?

Accepted Answer

Изотермическое расширение при T_H, обратимое адиабатическое расширение, изотермическое сжатие при T_C, затем обратимое адиабатическое сжатие.

Question 15

Второе начало задаёт термодинамически допустимое направление процессов, но само по себе не определяет их длительность и коэффициенты переноса.

Accepted Answer

Верно