На рисунке представлен график процесса перехода идеального газа из состояния 1 в состояние 3. определите работу силы давления идеального газа на участке 2-> 3, если работа силы давления газа на участке 1-> 2 a12 = 0,80 кдж.
Обозначим: V1 = 36 см³ и P1 = 200 кПа – начальные объём и давление в 1-ой секции ; V2 = 60 см³ и P2 = 60 кПа – начальные объём и давление во 2-ой секции ; V3 = 104 см³ и P3 = 50 кПа – начальные объём и давление в 3-ей секции ;
V1к, V2к и V3к – конечные объёмы в каждой секции ; Pк – конечное давление, уравновешенное во всех секциях ;
В каждой секции начальное и конечное состояния лежат на общей для всех изотерме, на этом основании можно составить 3 уравнения: Pк V1к = P1 V1 ; Pк V2к = P2 V2 ; Pк V3к = P3 V3 ;
Выразим из этих уравнений все кончные объёмы: V1к = V1 P1/Pк ; V2к = V2 P2/Pк ; V3к = V3 P3/Pк ;
V1 = 36 см³ и P1 = 200 кПа – начальные объём и давление в 1-ой секции ;
V2 = 60 см³ и P2 = 60 кПа – начальные объём и давление во 2-ой секции ;
V3 = 104 см³ и P3 = 50 кПа – начальные объём и давление в 3-ей секции ;
V1к, V2к и V3к – конечные объёмы в каждой секции ;
Pк – конечное давление, уравновешенное во всех секциях ;
В каждой секции начальное и конечное состояния лежат на общей для всех изотерме, на этом основании можно составить 3 уравнения:
Pк V1к = P1 V1 ;
Pк V2к = P2 V2 ;
Pк V3к = P3 V3 ;
Выразим из этих уравнений все кончные объёмы:
V1к = V1 P1/Pк ;
V2к = V2 P2/Pк ;
V3к = V3 P3/Pк ;
Сумма всех конечных объёмов равна сумме начальных объёмов:
V1к + V2к + V3к = V1 + V2 + V3 ;
V1 P1/Pк + V2 P2/Pк + V3 P3/Pк = V1 + V2 + V3 ;
( V1 P1 + V2 P2 + V3 P3 ) / Pк = V1 + V2 + V3 ;
Откуда найдём конечное давление:
Pк = ( V1 P1 + V2 P2 + V3 P3 ) / ( V1 + V2 + V3 ) ;
Pк ≈ ( 36*200 + 60*60 + 104*50 ) / ( 36 + 60 + 104 ) = 160 / 2 = 80 кПа .
А отсюда уже легко найти и конечные объёмы секций:
V1к = V1 P1/Pк = V1 P1 ( V1 + V2 + V3 ) / ( V1 P1 + V2 P2 + V3 P3 ) ;
V1к = ( V1 + V2 + V3 ) / ( 1 + ( V2 P2 + V3 P3 ) / ( V1 P1 ) ) ;
V1к ≈ 200 / ( 1 + ( 60*60 + 104*50 ) / ( 36*200 ) ) = 90 см³ ;
аналогичо: V2к = ( V1 + V2 + V3 ) / ( 1 + ( V1 P1 + V3 P3 ) / ( V2 P2 ) ) ;
V2к ≈ 200 / ( 1 + ( 36*200 + 104*50 ) / ( 60*60 ) ) = 45 см³ ;
и: V3к = ( V1 + V2 + V3 ) / ( 1 + ( V1 P1 + V2 P2 ) / ( V3 P3 ) ) ;
V3к ≈ 200 / ( 1 + ( 36*200 + 60*60 ) / ( 104*50 ) ) = 65 см³ ;
Заметим, что: V1к + V2к + V3к = 200 см³ = V1 + V2 + V3 , как это очевидно, и должно быть, так что простую проверку решение легко проходит.
f(υ) = 4πυ² √[ ( μ/(2πRT) )³ ] exp( -μυ²/(2RT) ) ;
Средняя скорость по Максвеллу:
<υ> = √[ 8RT/(πμ) ] ;
Тогда:
<υ>² = 8RT/(πμ) ;
И:
f(<υ>) = ( 32RT/μ ) √[ ( μ/(2πRT) )³ ] exp( -4/π ) ;
f(<υ>) = ( 16/π ) √[ μ/(2πRT) ] exp( -4/π ) ;
Отсюда доля частиц со скоростями от <υ> до <υ>+Δυ, где Δυ=2 м/с, составит:
δ = f(<υ>) Δυ = ( 16Δυ/π ) √[ μ/(2πRT) ] exp( -4/π ) ;
δ ≈ ( 16*2/π ) √[ 0.028/(5000π) ] exp( -4/π ) ≈ 0.0038 = 0.38 % .