Logo
Logo

Архив лорда Кельвина. Начало.

Найдите объем газа в изохорическом процессе, если на рисунке ось давления вертикальна, а ось объема горизонтальна.

По определению, КПД цикла равен $\eta=\frac{A}{Q_{+}}$, где $A$ — работа, совершаемая газом за цикл, $Q_{+}$ —количество теплоты, отданной нагревателем газу за цикл. Для данного цикла
$$
A=A_{T}+A_{V}+A_{Q}=A_{T}+A_{Q},
$$
где $A_{T}$, $A_{V}$, $A_{Q}$ — работы, совершенные газом соответственно в изотермическом, изохорическом и адиабатическом процессах. Обратите внимание на то, что количество теплоты, полученное газом от нагревателя, равно положительной работе, совершенной газом: $Q_{+}=A_{T}$. Следовательно,
$$
\eta=\frac{A}{A_{T}}=\frac{A_{T}+A_{Q}}{A_{T}}=1+\frac{A_{Q}}{A_{T}}=1+\frac{A_{Q}}{A-A_{Q}}. \quad (1)
$$
Работа, совершаемая газом за данный цикл, равна площади, ограниченной линиями $1-2-3-1$:
$$
\begin{aligned}
&A \approx\left(81+\frac{1}{2} \cdot 70\right)~ед.=116~ед.=290~Дж
\\
&(1~ед. =5 \cdot 10^{3}~Па \cdot 5 \cdot 10^{-4}~м^{3}=2.5~Дж).
\end{aligned}
$$
Работа газа на адиабатическом участке равна с обратным знаком изменению внутренней энергии на участке $3-1$:
$$
A_{Q}=-\nu C_{V}(T_{1}-T_{3})=-\nu \cdot \frac{3}{2} R(T_{2}-T_{3})=-\frac{3}{2} V_{2}(p_{2}-p_{3}). \quad (2)
$$
Из рисунка находим $p_{2}-p_{3}=5 \cdot 10^{4}~Па$. Решая $(1)$ и $(2)$, получим
$$
V_{2}=\frac{2}{3} \cdot \frac{1-\eta}{\eta} \cdot \frac{A}{p_{2}-p_{3}} \simeq 27~л.
$$

Ответ: $$
V_{2}=\frac{2}{3} \cdot \frac{1-\eta}{\eta} \cdot \frac{A}{p_{2}-p_{3}} \simeq 27~л.
$$