Zoezi la thermodynamiki lililofanyiwa kazi

Usawa chini ya vikwazo au hali steshenari?

Zoezi 6 · Somo 3 — Dhana za Msingi

  • usawa wa thermodynamiki
  • hali steshenari
  • vikwazo
  • mitiririko
  • mfumo wazi

Swali

Tunazingatia hali tatu za kinadharia zilizorahisishwa, tukipuuza uvutano.

  • Gesi mbili, kila moja ikiwa katika usawa wa ndani, zimefungiwa ndani ya chombo kilichotengwa. Zimetenganishwa na kizigeu kigumu, cha adiabatiki na kisichopenyeza mada. Halijoto zao na shinikizo zao ni tofauti.
  • Ncha mbili za fimbo ya chuma zimegusana na thermostati mbili zilizo katika . Pande zake za kando zimewekewa kihami joto. Mgawanyo wa halijoto ndani yake haubadiliki tena kwa wakati, lakini nguvu ya joto isiyo sifuri inaipitia.
  • Tangi hujazwa maji na kumwagwa kwa kiwango kilekile kisichobadilika cha mtiririko wa masi. Kina cha maji, halijoto yake na mtiririko unaoonekana katika kila nukta havibadiliki tena kwa wakati.

  1. Chora mchoro wa kila hali, ukibainisha mpaka wa mfumo unaochunguzwa na kuonyesha mabadilishano yanayovuka mpaka wake.
  2. Ainisha kila hali: je, ni usawa wa thermodynamiki chini ya vikwazo vilivyowekwa, au hali steshenari isiyo ya usawa? Thibitisha jibu lako kwa kutumia mitiririko, na si kwa kukosekana kwa mabadiliko kwa wakati pekee.
  3. Katika hali ya kwanza, tunakifanya kizigeu kiwe diathermiki huku kikibaki kigumu na kisichopenyeza mada. Ni mabadiliko gani yanayowezekana sasa? Ni kiasi gani lazima kilingane pande zote mbili katika usawa wa mwisho? Je, shinikizo lazima ziwe sawa?
  4. Kinyume chake, tunakiacha kizigeu kikiwa adiabatiki na kisichopenyeza mada, lakini tunakibadilisha kwa pistoni inayosogea bila msuguano wala nguvu ya nje, iliyotulia mwanzoni. Ni tofauti gani inayoanzisha mwendo wake? Ikiwa hali ya mwisho ya utulivu itafikiwa, usawa wa kimitambo unalazimisha kiasi gani kilingane?

Kidokezo
Kikwazo kinaweza kudumisha tofauti ya halijoto au ya shinikizo bila kuruhusu mtiririko wowote. Mtiririko unaoingia ulio sawa na mtiririko unaotoka unaweza pia kudumisha sifa zisizobadilika, lakini huo si usawa.

Jibu la kina

Suluhisho
Swali la 1. Kwa gesi mbili, tunauzungushia mpaka chombo chote: hakuna mabadilishano yanayovuka mpaka wake wa nje, na hakuna uhamishaji unaovuka kizigeu. Tunaandika na pande zake mbili. Kwa fimbo peke yake, mishale ya joto huingia upande wenye joto na kutoka upande baridi. Kwa ujazo dhibiti unaozungukwa na tangi, mshale mmoja wa mada huingia kupitia mlango wa kujazia na mwingine hutoka kupitia mlango wa kumwagia; mada hii pia hubeba nishati. Swali la 2. Gesi mbili ziko katika usawa chini ya vikwazo vilivyowekwa. Kizigeu huzuia mabadilishano ya joto, kusogea kwa kimitambo na mabadilishano ya mada. Kwa hiyo tofauti na hazisababishi mabadiliko yoyote yanayoruhusiwa. Fimbo iko katika hali steshenari, lakini haiko katika usawa: nishati ya joto huipitia daima. Halijoto isiyobadilika kwa wakati katika kila nukta haimaanishi kwamba halijoto ni ileile katika nafasi yote, wala kwamba hakuna mtiririko. Tangi pia liko katika hali steshenari isiyo ya usawa. Tukiashiria kwa na viwango chanya vya mtiririko wa masi, mizania ya masi inatoa

Masi iliyomo haibadiliki, lakini hakuna kati ya viwango hivyo viwili vya mtiririko kilicho sifuri. Maji hubadilishwa daima kwa maji mapya: mfumo uliochaguliwa ni wazi.

Swali la 3. Kuondoa kihami joto huruhusu uhamishaji wa joto kutoka gesi yenye joto kwenda gesi baridi. Katika usawa wa mwisho, . Kwa kuwa kizigeu kinabaki kigumu, kinaweza kuhimili tofauti ya shinikizo: hakuna kinacholazimisha . Kwa mfano, kwa gesi bora mbili, uwiano na unaweza kuwa tofauti, na hivyo shinikizo na pia. Swali la 4. Ikiwa eneo la mkato wa pistoni ni , nguvu tokeo ya nguvu za shinikizo, inayoelekezwa kutoka 1 kwenda 2, ni . Mwanzoni si sifuri, na huiweka pistoni katika mwendo. Katika hali ya mwisho ya utulivu, hulazimisha . Sifa ya adiabatiki hailazimishi halijoto kuwa sawa. Kuwepo kwa hali ya mwisho ya utulivu hapa ni kwa masharti: mizania ya nguvu pekee haielezi kufifia kwa mitetemo inayoweza kutokea.