background image

Zadanie 1.3 
Hel o zasobie masy m=2[kg] traktowany tak jak gaz doskonały pracuje w obiegu 
prawobieżnym  złożonym z następujących odwracalnych przemian 
termodynamicznych, izobarycznej, izochorycznej i izotermicznej rozgęszczania 
helu. Ciśnienie Elu po izotermicznym rozgęszczeniu i izobarycznym 
zgęszczaniu jest odpowiednio równe p

1

=p

2

=1.962*10

5

[Pa]. Ciśnienie po 

izochorycznym sprężaniu p

3

=5p

1

=9.81*10

5

 [Pa]. Temperatura końca przemiany 

izobarycznej równa jest T

2

=400.16 [K], zaś początku i końca przemiany 

izotermicznej T

3

=T

1

=5T

2

=2000.8[K]. Objętość początku i końca przemiany 

izochorycznej V

2

=V

3

=8.4805[m

3

], zaś przemiany izobarycznej 

V

1

=5V

2

=42.025[m

3

] Indywidualna stała gazowa helu ma wartość R=2079.01 

[J/kgK], zaś wykładnik izentropy k=1.66. Prace bezwzględne objętościowe 
przemian mają następujące: L

1-2

=-4mRT

2

=-6.65549*10

6

[J], L

2-3

=0 oraz L

3-

1

=5mRT

2

ln5=13.3895*10

6

[J]. Oblicz przyrosty ilości ciepła przemian obiegu. 

 
Dane: 
M=2[kg] 
P = const 
V = const 
 T = const 
P

1

 = 2 [at] 

T

1

 = 127 [C] 

R = 2079.01 [J/kg*K] 
K = 1.66 
 

1.Tabela zestawienia danych oraz wyników obliczeń. 

 

 

Param

etr 

stanu 

 

Punkt 

charakt

ery-

styczny 

 

 

 

P

i

 [p

1

] P

2

=p

1

 

P

3

=5p

1

 

T

i

 

T

1

=5T

2

 [T

2

] T

3

=T

1

=5T

2

 

V

i

 

V

1

=5V

2

 

V

2

=mRT

2

/p

1

 

V

3

=V

2

 

ΔQ

ij

 

ΔQ

1-2

=-4(kR/k-1)mT

2

  ΔQ

2-3=

4(R/k-1)mT

2

 

Q

3-1

=5mRT

2

ln5 

 
 
 
 

2.1.Obliczam przyrost ilości ciepła między punktami 2 i 1 

 
δH = δQ - δL

δL

T

 = -V

dp

                                 p = const       dp = 0 

dH = C

p

mdT                               C

= const 

H = C

p

mT                                   m = const 

background image

 
Układ substancjalny m = const 
δQ = C

p

mdT 

 

=

Δ

2

1

2

-

1

0

T

T

Q

dT

Cpm

Q

δ

   

         ΔQ

1-2 

= C

p

m ( T

2

-T

T

= 5T

2

                  ΔQ

1-2 

= -4C

p

mT

 
Z równania Mayera 
C

p

-C

= R 

K = C

p

/C

v

  

to C

= kR/k-1 

 
ΔQ

1-2 

= -k ( 4R/k-1 ) mT

 

ΔQ

1-2 

= - 1.66*(4*2079.01/1.66-1)*2*400.16 

 
ΔQ

1-2 

= -1,67396*10

[J] 

 

2.2.Obl. przyrost ilości ciepła przemiany izochorycznej między 
punktami 2 i 3  
 

Postać pierwszej zasady termodynamiki: 
 
dE

= δQ - δL             δL = pdV 

V = const                  Dv = 0             δL = 0 
dE

= δQ 

E

= C

v

mT 

 
 
Gaz doskonały C

= const 

Układ substancjalny m=const     to dE

= C

v

mdT 

 
δQ = C

v

mdT 

 

=

Δ

3

2

3

2

0

T

T

v

Q

dT

m

C

Q

δ

                                   

ΔQ

2-3 

= C

v

m ( T

3

-T

                                                             T

= T

1

        T

= 5T

2

 

                                                             T

= 5T

Cv=

 

                                                                        Q

2-3 

= 4C

v

mT

background image

Równanie Mayera 
C

p

-C

= R 

K = C

p

/C

v

  

to C

= R/k-1 

 
ΔQ

2-3 

= 4( R/k-1 )mT

ΔQ

2-3 

= 4 ( 2079.01/1.66-1 )*2*400.16 

ΔQ

2-3 

= 1,00841*10

7

 [J] 

 

2.3.Obliczam przyrost ilości ciepła przemiany izotermicznej między 
punktami 1 i 3 
 
dE

I

 = δQ – δL 

dE

I

 = δQ 

E

I

 = C

v

mT 

 
C

v

 = const 

M = const         →               dE

I

=0 

T = const 
 
Z równania izotermy mamy: 
pV = p

1

V

1

 → p=p

1

V

1

1/V 

δQ=p

2

V

1

dV/V 

 

=

Δ

2

3

2

3

1

1

0

V

V

Q

V

dV

V

p

Q

δ

 

 

ΔQ

3-1 

= p

1

V

2

lnV = p

1

V

1

lnV

1

/V

 

V

= 5V

ΔQ

3-1 

= p

1

V

2

ln5 

P

2

V

= mRT

1

 

ΔQ

3-1 

= MRT

2

ln5 

T

= 5T

 
ΔQ

3-1 

= 5mRT

2

ln² 

ΔQ

3-1 

= 5*2*2079.01*400.16*1.609 

ΔQ

3-1 

= 1,33855*10

[J] 

 

3.Obliczam pracę obiegu. 

background image

 
L

ob

 = |L

ex

| – |L

k

| = |Q

d

| - |Q

w

|L

k

| = |-4/5mRT

1

|L

ex

| = |mRT

1

ln5| 

 |L

ex

| = 2*2079.01*²*400.16*1.609 

|L

ex

| = 1,33855*10

 
4.Obliczam przyrost ilości ciepła obiegu. 
 
Q

ob

 = |Q

d

 – Q

w

ds = dQ/T      dQ = Tds 
Q

d

 = |Q

2-3 

+ Q

3-1

Q

w

 = |Q

1-2