Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępności

Rozdział 4

Sprawdź, czy rozumiesz

4.1

Silnik idealny miałby Q z = 0 Q z =0, co prowadzi do e = 1 − Q z ∕ Q c = 1 e= 1 − Q z ∕ Q c =1. Chłodziarka idealna potrzebowałaby zerowej pracy, W = 0 W=0, co prowadzi do K ch = Q z ∕ W ⟶ ∞ K ch = Q z ∕ W ⟶∞.

4.2

Z prawej części silnika mamy W = Q c ′ − Q z ′ W= Q c ′ − Q z ′ Z lewej części silnika mamy Q c = Q z + W Q c = Q z + W . Dlatego też W = Q c ′ − Q z ′ = Q c − Q z W= Q c ′ − Q z ′ = Q c − Q z .

4.3

a. e = 1 − T z ∕ T c = 0,55 e= 1 − T z ∕ T c =0,55; b. Q c = e ⁢ W = 9,1 ⁢⁢ J Q c = e ⁢ W = 9,1 ⁢⁢ J ; c. Q z = Q c − W = 4,1 ⁢⁢ J Q z = Q c − W = 4,1 ⁢⁢ J ; d. − 273 ⁢ °C − 273 ⁢ °C , 400 ⁢ °C 400⁢°C.

4.4

a. K ch = T z ∕ T c − T z = 10,9 K ch = T z ∕ T c − T z =10,9; b. Q z = K ch ⁢ W = 2,18 ⁢⁢ kJ Q z = K ch ⁢ W = 2,18 ⁢⁢ kJ ; c. Q c = Q z + W = 2,38 ⁢⁢ kJ Q c = Q z + W = 2,38 ⁢⁢ kJ .

4.5

Kiedy ciepło przepływa do zimnego rezerwuaru, energia wewnętrzna (głównie kinetyczna) lodu wzrasta, co skutkuje zwiększeniem średniej prędkości cząsteczek, przez co zmienność położenia cząsteczek w kostce lodu wzrasta. Rezerwuar staje się bardziej uporządkowany, ale z powodu dużej liczby cząsteczek rezerwuaru nie kompensuje to wzrostu entropii pozostałej części układu.

4.6

− Q ∕ T c − Q ∕ T c , Q ∕ T z Q∕ T z , Q ⁢ T c − T z ∕ T c ⁢ T z Q ⁢ T c − T z ∕ T c ⁢ T z .

4.7

a. 4,71 ⁢⁢ J ∕ K 4,71⁢⁢ J ∕ K ; b. − 4,18 ⁢⁢ J ∕ K − 4,18 ⁢⁢ J ∕ K ; c. 0,53 ⁢⁢ J ∕ K 0,53⁢⁢ J ∕ K .

Pytania

1.

Jednymi z możliwych rozwiązań są: ruchy bez tarcia, ograniczone sprężanie i rozprężanie, wymiana energii w formie ciepła na skutek nieskończenie małych różnic temperatur, przepływ prądu przez przewodnik o zerowej rezystancji.

3.

Temperatura powietrza w kuchni wzrośnie, ponieważ ciepło emitowane za lodówką jest większe niż chłodzenie z wnętrza lodówki.

5.

Jeśli połączymy silnik idealny i rzeczywistą chłodziarkę z silnikiem przekształcającym ciepło Q Q z ciepłego rezerwuaru w pracę W = Q W=Q, aby napędzać chłodziarkę, to ciepło oddane do ciepłego rezerwuaru przez chłodziarkę będzie wynosić W + Δ Q W+ Δ Q , co w rezultacie da chłodziarkę idealną, która przenosi ciepło Δ Q ΔQ z zimnego rezerwuaru do ciepłego rezerwuaru bez żadnego efektu ubocznego.

7.

Pompy ciepła mogą efektywnie wydobywać ciepło z ziemi w chłodne dni lub usuwać ciepło z domu w cieplejsze dni. Z drugiej strony pompy ciepła są kosztowne, wymagają konserwacji i nie pracują wydajnie, gdy różnica temperatury w domu i na zewnątrz jest bardzo duża. Koszt zakupu ogrzewania elektrycznego jest znacznie niższy niż w przypadku pompy ciepła, ale koszt użytkowania może być wyższy, jeśli sporo ogrzewamy i cena prądu jest wysoka.

9.

Reaktor jądrowy wymaga niższej temperatury do pracy, więc jego wydajność nie będzie tak duża, jak wydajność elektrowni cieplnej. W argumencie tym nie uwzględnia się, że ilość energii wytwarzanej w jednej reakcji jądrowej jest znacznie wyższa od energii wytwarzanej podczas spalania paliw kopalnych.

11.

W celu zwiększenia sprawności silnika należy zwiększyć temperaturę ciepłego rezerwuaru i zmniejszyć temperaturę zimnego rezerwuaru. Zależności te pokazane są na Równania 4.3.

13.

Procesy adiabatyczne i izotermiczne.

15.

Jeśli nie ma wymiany ciepła, to entropia ulegnie zmianie jedynie w przypadku procesu nieodwracalnego.

17.

Entropia jest funkcją nieuporządkowania, a więc wszystkie odpowiedzi się powielą.

Zadania

19.

4,53 ⋅ 10 3 ⁢⁢ J 4,53 ⋅ 10 3 ⁢⁢J.

21.

4,5⁢p⁢V04,5⁢p⁢V0.

23.

0,667 0,667.

25.

a. 0,556 0,556; b. 125 ⁢⁢ J 125⁢⁢J.

27.

a. 0,5 0,5; b. 100 ⁢ J 100⁢J; c. 50 ⁢⁢ J 50⁢⁢J.

29.

a. 600 ⁢ J 600⁢J; b. 800 ⁢⁢ J 800⁢⁢J.

31.

a. 69 ⁢ J 69⁢J; b. 11 ⁢ J 11⁢J.

32.

2 2.

34.

50 ⁢⁢ J 50⁢⁢J.

36.
38.

a. 900 ⁢ J 900⁢J; b. 100 ⁢⁢ J 100⁢⁢J.

40.

a. 546⁢⁢K546⁢⁢K; b. 137⁢⁢K137⁢⁢K.

42.

− 1 ⁢⁢ J ∕ K − 1 ⁢⁢ J ∕ K .

44.

−13⁢⁢J∕K⁢⁢mol−13⁢⁢J∕K⁢⁢mol.

46.

− Q ∕ T c − Q ∕ T c , − Q ∕ T z − Q ∕ T z , Q ⁢ 1 ∕ T z − 1 ∕ T c Q⁢ 1 ∕ T z − 1 ∕ T c .

48.

a. − 540 ⁢⁢ J ∕ K − 540 ⁢⁢ J ∕ K ; b. 1600 ⁢⁢ J ∕ K 1600⁢⁢ J ∕ K ; c. 1100 ⁢⁢ J ∕ K 1100⁢⁢ J ∕ K .

50.

a. Q = n ⁢ R ⁢ Δ T Q= n ⁢ R ⁢ Δ T ; b. S = n ⁢ R ⁢ ln T 2 ∕ T 1 S= n ⁢ R ⁢ ln T 2 ∕ T 1 .

52.

3,78 ⋅ 10 − 3 ⁢⁢ W ∕ K 3,78 ⋅ 10 − 3 ⁢⁢ W ∕ K .

54.

430 ⁢⁢ J ∕ K 430⁢⁢ J ∕ K .

56.

80 ⁢⁢ °C 80⁢⁢°C, 80 ⁢⁢ °C 80⁢⁢°C, 6,7 ⋅ 10 4 ⁢⁢ J 6,7 ⋅ 10 4 ⁢⁢J, 215 ⁢⁢ J ∕ K 215⁢⁢ J ∕ K , − 190 ⁢⁢ J ∕ K − 190 ⁢⁢ J ∕ K , 25 ⁢⁢ J ∕ K 25⁢⁢ J ∕ K .

58.

a. Δ S H 2 ⁢ O = 215 ⁢⁢ J ∕ K Δ S H 2 ⁢ O = 215 ⁢⁢ J ∕ K ; b. Δ S rezerwuar = − 208 ⁢⁢ J ∕ K Δ S rezerwuar = − 208 ⁢⁢ J ∕ K ; c. Δ S Wszechświat = 7 ⁢⁢ J ∕ K Δ S Wszechświat = 7 ⁢⁢ J ∕ K .

60.

a. 1200 ⁢⁢ J 1200⁢⁢J; b. 600 ⁢⁢ J 600⁢⁢J; c. 600 ⁢⁢ J 600⁢⁢J; d. 0,5 0,5.

62.

Δ S = n ⁢ C V ⁢ ln T 2 ∕ T 1 + n ⁢ C p ⁢ ln T 3 ∕ T 2 Δ S = n ⁢ C V ⁢ ln T 2 ∕ T 1 + n ⁢ C p ⁢ ln T 3 ∕ T 2 .

64.

a. 0,33 0,33, 0,39 0,39; b. 91 ⁢⁢ % 91⁢⁢%.

Zadania dodatkowe

66.

1,45 ⋅ 10 7 ⁢⁢ J 1,45 ⋅ 10 7 ⁢⁢J.

68.

a. V B = 0,042 ⁢⁢ m 3 V B = 0,042 ⁢⁢ m 3 , V D = 0,018 ⁢⁢ m 3 V D = 0,018 ⁢⁢ m 3 ; b. 13 000 ⁢⁢ J 13 000⁢⁢J; c. 13 000 ⁢⁢ J 13 000⁢⁢J; d. − 8000 ⁢⁢ J − 8000 ⁢⁢ J ; e. − 8000 ⁢⁢ J − 8000 ⁢⁢ J ; f. 6200 ⁢⁢ J 6200⁢⁢J; g. − 6200 ⁢⁢ J − 6200 ⁢⁢ J ; h. 39 ⁢⁢ % 39⁢⁢%, a sprawność wynikająca z temperatur 40 ⁢⁢ % 40⁢⁢%. Różnica wynika z błędów zaokrąglania.

70.

− 670 ⁢⁢ J ∕ K − 670 ⁢⁢ J ∕ K .

72.

a. − 570 ⁢⁢ J ∕ K − 570 ⁢⁢ J ∕ K ; b. 570 ⁢⁢ J ∕ K 570⁢⁢ J ∕ K .

74.

82 ⁢⁢ J ∕ K 82⁢⁢ J ∕ K .

76.

a. 2000 ⁢⁢ J 2000⁢⁢J; b. 40 ⁢⁢ % 40⁢⁢%.

78.

60 ⁢⁢ % 60⁢⁢%.

Zadania trudniejsze

86.

18 ⁢⁢ J ∕ K 18⁢⁢ J ∕ K .

90.

K ch = 3 ⁢ p 1 − p 2 ⁢ V 1 ∕ 5 ⁢ p 2 ⁢ V 3 − 3 ⁢ p 1 ⁢ V 1 − p 2 ⁢ V 1 K ch = 3 ⁢ p 1 − p 2 ⁢ V 1 ∕ 5 ⁢ p 2 ⁢ V 3 − 3 ⁢ p 1 ⁢ V 1 − p 2 ⁢ V 1 .

92.

W = 110 000 ⁢⁢ J W= 110 000 ⁢⁢ J .

Cytowanie i udostępnianie
Ponowne wykorzystanie i redystrybucja tej treści w formacie cyfrowym lub drukowanym:
  • Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania dużych modeli językowych ani w żaden inny sposób przetwarzany przez duże modele językowe lub rozwiązania generatywnej sztucznej inteligencji bez uprzedniej pisemnej zgody OpenStax Poland.
  • Ten podręcznik jest wydany na licencji Uznanie autorstwa (CC BY), co oznacza, że możesz ponownie wykorzystywać i modyfikować materiał wyłącznie w celach niekomercyjnych, musisz uznać autorstwo OpenStax Poland oraz musisz rozpowszechniać wszelkie utwory zależne na tej samej licencji.
  • Jakikolwiek komercyjny druk tego podręcznika, w tym z wykorzystaniem lokalnej lub niestandardowej drukarni, wymaga zgody OpenStax Poland oraz podania odpowiedniego cytowania.
  • Obrazy, aktywności, testy i podobne elementy tego podręcznika objęte prawami autorskimi OpenStax Poland podlegają tej samej licencji – CC-BY-NC-SA. Mogą być wykorzystywane w celach niekomercyjnych z uznaniem autorstwa. Użycie komercyjne wymaga zgody.
  • Prośby o zgodę: Każdy, kto zamierza włączyć tę treść (w tym tekst, obrazy i inne elementy) do dużych modeli językowych, wykorzystać ją w rozwiązaniach opartych na sztucznej inteligencji, użyć jej komercyjnie (w tym w druku) i/lub ma pytania dotyczące innego przypadku użycia, może skorzystać z naszego formularza wniosku o ponowne wykorzystanie.
Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej w celach niekomercyjnych, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym w celach niekomercyjnych, dla każdej strony zawierającej treści OpenStax musisz udostępnić utwór zależny na tej samej licencji CC-BY-NC-SA co oryginał oraz na każdym widoku strony umieścić informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
Cytowanie

Poniższe informacje zawierają dane potrzebne do utworzenia cytowania w większości głównych stylów (APA, MLA itp.); musisz przeformatować i zorganizować te informacje zgodnie z wymaganiami danego stylu. Jeśli chcesz zacytować tę książkę, skorzystaj z dostępnych narzędzi do tworzenia wpisów bibliograficznych, jak np.: ten.

© 21 wrz 2022 OpenStax Poland. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY). Nazwa OpenStax Poland i OpenStax, logo OpenStax Poland i OpenStax, okładki OpenStax Poland iOpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo, jak również nazwa i logo Rice University oraz powiązane znaki towarowe i słowne, nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.