4.9: Глава 4 Проблеми

Last updated
Save as PDF

Page ID: 26509

Howard DeVoe
University of Maryland

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Підкреслений номер задачі або буква проблемної частини вказує на те, що числова відповідь з'являється в Додатку
I.4.1 Пояснити, чому електричний холодильник, який передає енергію за допомогою тепла з холодного відділення для зберігання продуктів на більш тепле повітря в приміщенні, не є неможливим «Клаузіус пристрій».

4.2 Система, що складається з фіксованої кількості ідеального газу, підтримується в тепловій рівновазі з тепловим резервуаром при температурі\(T\). Система піддається наступному ізотермічному циклу:

1. Газу, спочатку в рівноважному стані з об'ємом\(V_{0}\), дозволяється розширюватися в вакуум і досягати нового рівноважного стану об'єму\(V^{\prime}\).

2. Газ оборотно стискається від\(V^{\prime}\) до\(V_{0}\).
Для цього циклу знайдіть вирази або значення для\(w, \oint \mathrm{d} q / T\), і\(\oint \mathrm{d} S .\)

4.3 У незворотному ізотермічному процесі замкнутої системи:
(а) Чи можна бути негативним?\(\Delta S\)
(б) Чи можливо\(\Delta S\) бути менше\(q / T\)?

4.4 Припустимо, у вас два блоки міді, кожен теплоємності\(C_{V}=200.0 \mathrm{JK}^{-1}\). Спочатку один блок має рівномірну температуру,\(300.00 \mathrm{~K}\) а інший\(310.00 \mathrm{~K}\). Обчисліть зміну ентропії, яка виникає, коли ви розміщуєте два блоки в тепловому контакті один з одним і оточуєте їх ідеальною теплоізоляцією. Чи\(\Delta S\) відповідає ознака другого закону? (Припустимо, що процес відбувається при постійному обсязі.)

4.5 Зверніться до апаратів, показаних на рис. \(3.23\)на сторінці 101 і\(3.26\) на сторінці 103 і описано в Probs. \(3.3\)і 3.8. Для обох систем оцініть\(\Delta S\) процес, який виникає в результаті відкриття запірного крана. Також оцінюють\(\int \mathrm{d} q / T_{\text {ext }}\) для обох процесів (для апарату на рис. 3.26 припустимо, що судини мають адіабатичні стінки). Чи відповідають ваші результати математичному твердженню другого закону?
Малюнок 4.13

4.6\(4.13\) На малюнку показані стінки жорсткого теплоізольованого короба (поперечна штрихування). Система - це вміст цього ящика. У коробці знаходиться лопатеве колесо, занурене в ємність з водою, з'єднане шнуром і шківом з вагою маси\(m\). Вага спирається на упор, розташований на відстані\(h\) над дном коробки. Припустимо теплоємність системи\(C_{V}\), яка не залежить від температури. Спочатку система знаходиться в рівноважному стані при температурі\(T_{1}\).

Коли упор знятий, вага необоротно опускається на дно коробки, в результаті чого лопатеве колесо обертається у воді. Зрештою система досягає кінцевого стану рівноваги з тепловою рівновагою. Опишіть оборотний процес з тією ж зміною ентропії, що і цей незворотний процес, і виведіть формулу для з\(\Delta S\) точки зору\(m, h, C_{V}\), і\(T_{1}\).