Тема: Второе начало термодинамики. Энтропия
1. На рисунке схематически изображен цикл Карно в координатах 
:
Уменьшение энтропии имеет место на участке …
| 3–4 | ||
| 1–2 | |||
| 2–3 | |||
| 4–1 |
Решение:
Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат (изотермического расширения 1–2, адиабатного расширения 2–3, изотермического сжатия 3–4 и адиабатного сжатия 4–1). Энтропия 
определяется соотношением 
, где 
– количество теплоты, сообщаемое системе. В адиабатном процессе энтропия не изменяется, так как адиабатный процесс протекает без теплообмена с окружающей средой. Для изотермического процесса согласно первому началу термодинамики 
. При сжатии работа газа отрицательна. Следовательно, при изотермическом сжатии рабочее тело отдает теплоту. Поэтому при изотермическом сжатии 
, то есть уменьшение энтропии имеет место на участке 3–4.
2. На рисунке схематически изображен цикл Карно в координатах :
Увеличение энтропии имеет место на участке …
|
| 1–2 | ||
| 2–3 | |||
| 3–4 | |||
| 4–1 |
Решение:
Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат (изотермического расширения 1–2, адиабатного расширения 2–3, изотермического сжатия 3–4 и адиабатного сжатия 4–1). Энтропия определяется соотношением , где – количество теплоты, сообщаемое системе. В адиабатном процессе энтропия не изменяется, так как адиабатный процесс протекает без теплообмена с окружающей средой. Для изотермического процесса, согласно первому началу термодинамики, . При расширении работа газа положительна. Следовательно, изотермическое расширение происходит за счет теплоты, получаемой рабочим телом. Поэтому при изотермическом расширении 
, то есть увеличение энтропии имеет место на участке 
.
3. В процессе кристаллизации вещества энтропия неизолированной термодинамической системы …
|
| убывает | ||
| остается постоянной | |||
| увеличивается | |||
| может как увеличиваться, так и оставаться постоянной |
Решение:
Отношение 
в обратимом процессе есть полный дифференциал функции состояния системы, называемой энтропией системы: 
. Образование кристаллической решетки при кристаллизации вещества приводит к уменьшению энтропии: 
.
4. Если КПД цикла Карно равен 60%, то температура нагревателя больше температуры холодильника в ______ раз(а).
|
| 2,5 | ||
| 1,7 |
Решение:
КПД обратимого цикла Карно равен: 
, или 
; следовательно, 
; отсюда 
и 
5.Если количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику, уменьшится в 2 раза, то коэффициент полезного действия тепловой машины …
|
| увеличится на 
| ||
увеличится на 
| |||
| уменьшится на
| |||
| уменьшится на
|
Решение:
Коэффициент полезного действия тепловой машины определяется по формуле 
, где 
– количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя; 
– количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику. При уменьшении 
в два раза коэффициент полезного действия 
. Найдем изменение 
. Коэффициент полезного действия тепловой машины увеличится на 
.
6. При поступлении в неизолированную термодинамическую систему тепла в ходе обратимого процесса для приращения энтропии верным будет соотношение …
|
| 
| ||
| |||
| |||
|
Решение:
Отношение в обратимом процессе есть полный дифференциал функции состояния системы, называемой энтропией системы: . В изолированных системах энтропия не может убывать при любых, происходящих в ней процессах: 
. Знак равенства относится к обратимым процессам, а знак «больше» – к необратимым процессам. Если в неизолированную систему поступает тепло и происходит необратимый процесс, то энтропия возрастает за счет не только полученного тепла, но и необратимости процесса: .
7. Максимальное значение КПД, которое может иметь тепловой двигатель с температурой нагревателя 327°С и температурой холодильника 27°С, составляет ____ %.
|
| |||
Решение:
КПД реального теплового двигателя всегда меньше КПД идеального (обратимого) теплового двигателя, работающего в тех же условиях, то есть при одних и тех же температурах нагревателя и холодильника. Коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя определяется только температурами нагревателя и холодильника: 
. Таким образом, максимальное значение КПД, которое может иметь рассматриваемый тепловой двигатель, равно 
8. На рисунке изображен цикл Карно в координатах 
, где S – энтропия. Адиабатное расширение происходит на этапе …
|
| 2–3 | ||
| 4–1 | |||
| 1–2 | |||
| 3–4 |
Решение:
Адиабатным называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Следовательно, для такого процесса 
Изменение энтропии определяется как 
, следовательно, в адиабатном процессе энтропия остается постоянной. Согласно первому началу термодинамики, для адиабатного процесса 
. При адиабатном расширении газ совершает работу над внешними телами ( 
), следовательно, внутренняя энергия уменьшается ( 
). Это означает, что температура газа понижается.
Таким образом, адиабатное расширение происходит на этапе 2–3.
9. На рисунке изображен цикл Карно в координатах (T, S), где S – энтропия. Изотермическое расширение происходит на этапе …
|
| 1 – 2 | ||
| 4 – 1 | |||
| 2 – 3 | |||
| 3 – 4 |
Решение:
Изотермические процессы происходят при постоянной температуре. При расширении газа будет увеличиваться энтропия. Изменение энтропии определяется как . Изотермическое расширение происходит на этапе 1– 2.
10. Процесс, изображенный на рисунке в координатах (T,S), где S-энтропия, является…
изохорным охлаждением изобарным сжатием
изотермическим сжатием адиабатным расширением
Решение:
11. В идеальной тепловой машине из каждого 
теплоты, получаемого от нагревателя, 
отдается холодильнику. Если температура холодильника 27°С, то температура нагревателя (в °С) равна …
|
| |||
Решение:
Коэффициент полезного действия тепловой машины определяется соотношением 
, где 
и – количество теплоты, полученное от нагревателя и отданное холодильнику соответственно. Для идеальной тепловой машины 
( 
и 
– температура нагревателя и холодильника соответственно). Приравнивая правые части этих выражений, получаем 
. Отсюда 
.
12.В процессе изохорического охлаждения постоянной массы идеального газа его энтропия …
уменьшается не меняется увеличивается
Решение:
13.В процессе изотермического сообщения тепла постоянной массе идеального газа его энтропия …
не меняется уменьшается увеличивается
Решение:
14.В процессе обратимого адиабатического охлаждения постоянной массы идеального газа его энтропия …
уменьшается не меняется увеличивается
Решение:
15.При адиабатическом расширении идеального газа …
температура и энтропия не изменяются
температура и энтропия возрастают
температура понижается, энтропия не изменяется
температура понижается, энтропия возрастает
Решение:
16.Изменение внутренней энергии газа произошло только за счет работы сжатия газа в …
изотермическом процессе
изобарном процессе
изохорном процессе
адиабатическом процессе
Решение: