Файл: Ервое высшее техническое учебное заведение россии министерство образования и науки российской федерации.docx

Скачать файл (0,09Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.12.2023

Просмотров: 20

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

П
ЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский горный университет»

Кафедра общей и технической физики

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

По дисциплине Физика

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}
Тема работы: Термодинамика. Реальные газы

Выполнил: студент гр.

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил

руководитель работы: Доцент Смирнова Н. Н.

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2020

1. Формулировка задания

Вариант 3
Газ (H₂) в количестве 0,30 кг, занимавший при температуре T₁= 100 К, объем V₁= 0,2 л, расширяется изотермически до объема V₂= 0,5 л. Определить начальное давление газа, работу при расширении, изменение внутренней энергии газа и количество поглощенной теплоты. Рассчитать постоянные Ван-дер-Ваальса a и bдля хлора, используя значения критических параметров и сравнить с данными таблицы (приложение 8). Критическая температура равна 33,24 К, критическое давление 1,30 МПа.
2. Теоретические основы работы
Явление, изучаемое в РГР – изотермическое расширение реального газа.
Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величин, касающихся данной работы
Реальный газ – газ, свойства которого, зависят от взаимодействия молекул.

Газ – агрегатное состояние вещества, в котором его атомы или молекулы не связаны силами взаимодействия и заполняют весь предоставленный им объём.

Идеальный газ – это теоретический газ, состоящий из множества случайно движущихся точечных частиц, не подверженных межчастичным взаимодействиям.

Температура – мера теплового хаотичного движения молекул макроскопической системы.

Давление – физическая величина, характеризующая состояние сплошной среды и численно равная силе F,действующей на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности.

Объём - количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом.

Концентрация вещества - физическая величина, равная отношению массы веществаmк молярной массе M этого вещества.

Масса тела – физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая её инерционные (инертная масса) и гравитационные (гравитационная масса) свойства.

Потенциальная энергия взаимодействия – скалярная физическая величина, представляющая собой часть полной механической энергии системы, находящейся в поле консервативных сил.

Изотермический процесс – термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Критические параметры – значения давления, объёма и температуры в критической точке.

Внутренняя энергия – это сумма кинетической энергии хаотичного теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Работа газа – результат взаимодействия системы с внешними объектами, в результате чего изменяются параметры системы.

Количество теплоты – это скалярная физическая величина, которая равна изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения механической работы.
Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы
Первое начало термодинамики: количество теплоты, полученное системой, идет на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил.

d’Q = dU + d’A

(1)

где d’Q - количество сообщённой телу (системе) теплоты, Дж

dU - изменение внутренней энергиитела (или системы), Дж

d’A – работа, совершаемая телом (системой), Дж
Уравнение Менделеева-Клапейрона

(2)

Уравнение состояний реального газа (уравнение Ван-дер-Ваальса).

(3)

Изменение внутренней энергии реального газа.

(4)

Работа изотермического расширения газа, вычисляется по формуле

(5)

Формулы для определения поправок Ван-дер-Ваальса

(6)

(7)

(8), (9)

(10), (11)

Пояснения к физическим величинам, входящим в формулы, и единицы их измерения
a – поправка, учитывающая силы притяжения между молекулами,

b – поправка на собственный объём молекул, учитывающая действие сил отталкивания между молекулами,

– количество поглощённой теплоты,

– изменение внутренней энергии

– работа газа,

– давление,

– объём

– молярный объём

– температура,

– универсальная газовая постоянная,

– молярная масса газа,

– масса газа,

– молярная теплоёмкость газа,

– объём газа после расширения

– объём газа до расширения

Решение

Дано:

_m₍_H_{2)=0,30 кг}

_{Т= 100 К}

_V_{1=0,2 л}

_{V2=0,5 л}

По справочным данным

.

Найдём поправки Ван-дер-Ваальса согласно формулам (7), (8) и (9).

Для молекулы H₂ d=

Так как

, то изотерма азота в координатах

практически не отличается от изотермы идеального газа.

Найдем теоретические поправки Ван-дер-Ваальса согласно формулам (8),(9), (10) и (11)и справочным данным

Сравним значение поправок Ван-дер-Ваальса, полученных при помощи формул (4) и (5) и при помощи формул (6)

Расхождение с теоретическими поправками

Запишем уравнение давления газа в момент 1, преобразовав уравнение Ван-дер-Ваальса.

Количество водорода:

Знак минус перед значением давления в начале процесса означает наличие только внутреннего давления.

Работа изотермического расширения газа по формуле (5).