TRANSFORMAREA TERMODIN AMICAClasa: a X-a EGRUPA I

Elevi: Aldescu Roxana

Catana Alina Anamaria Croitoru Dana Elena Miroi Florentina Popescu Cezara

Transformarea izotermNumim transformare izoterma transformarea pe parcursul careia numarul de moli si temperatura sistemului termodinamic raman nemodificate.

n oricare stare de echilibru a gazului ideal, ntre parametrii care caracterizeaz starea acestuia exist relaia dat de ecuaia de stare:

pV=nRTO transformare izoterm are loc la temperatur constant. Un exemplu de astfel de transformare apare ntr-un cilindru nchis n contact termic perfect cu mediul ambiant. Lucrul mecanic produs de piston este obinut din cldur, care este primit din mediul ambiant, temperatura rmnnd constant. Oricare dintre perechile de parametri conjugai p-V sau T-s sunt semnificative. Legea transformarii izoterme: Presiunea gazului ideal este invers proportionala cu volumul gazului.

Legea de transformare: Variaia parametrilor:

Lucrul mecanic exterior:

Lucrul mecanic tehnic: Cldura schimbat: Capacitatea termic masic: Variaia entropiei:

In gaz se afla intr-o stare initiala, caracterizata de parametrii(p1, V1, n, T).Gazul participa la o transformare izoterma pana intr-o stare finala, caracterizata de parametrii(p2, V2, n, T).

Intro transformare izoterm, parametrii variabili sunt presiunea i volumul gazului. ntrun sistem de axe, n care una dintre axe este presiunea, iar cealalt este volumul, fiecrei stri a gazului i corespunde un punct de coordonate (p, V), numite coordonate Clapeyron.

Lucrare de laborator Mod de lucru:

Se monteaza dispozitivul experimental format din: -cilindru cu piston - barometru - termometru - spirtiera - suport metalic - cleme Se ridica cilindrul la o anumita inaltime de spirtiera. Pentru aceeasi masa de gaz se masoara volumul si presiunea la temperatura constanta. Se trec rezultatele intr-un tabel. Se realizeaza un grafic cu datele obtinute. Se observa ca cele doua izoterme sunt paralele, si ca cea mai indepartata de originea axei are temperatura mai mare.

Tabele cu valori: Pentru izoterma 1 :

Pentru izoterma 2:

p (N/m2) 1.03 m(kg) (kg/Kmol) T(K) p (N/m2) 1.23 1.32 1kg 800kg/Kmol 480K 1.53 1.58 2.04 1kg 800kg/Kmol 620K 1.96 3.05 2.64 2.87 m(kg) (kg/Kmol) T(K)

V(dm3) 0.6 V(dm3) 0.5 0.6 0.4 0.5 0.3 0.4 0.2 0.3 0.2

Graficul rezultat:

IZOTERMELE ANDREWSPrimele rezultate deosebit de interesante din punct de vedere cantitativ cu privire la lichefierea gazelor au fost obtinute de chimistul irlandez Thomas Andrews (1813-1885) in 1869. El a reusit sa lichefieze dioxidul de carbon,masurand, pe parcursul lichefierii,dependenta presiunii din incinta in care se afla acesta in functie de volum,in conditii izoterme. Andrews a constatat ca,pentru temperaturi peste TC=30,92 0C,dioxidul de carbon nu poate fi lichefiat,respectiv TC este temperatura critica pentru dioxid de carbon.

Separarea se face de catre izoterma corespuzatoare temperaturii critice si curba ce delimiteaza zona palierelor pentru presiune. Aceste zone sunt: I. La temperaturi peste temperatura critica,substanta este- indiferent de volum- in stare gazoasa; II. La temperaturi sub temperatura critica si presiuni scazute, substanta este tot in stare gazoasa ,dar comprimarea izoterma o poate transforma in lichid. Pentru a distinge aceasta situatie de I. , se foloseste termenul vapori pentru a desemna astefel de stari. III. In incinta se afla simultan si vapori,si lichid din substanta respectiva. In functie de sensul de modificare al volumului total,substanta trece din stare de vapori in stare lichida sau invers. Vaporii aflati in aceste stari sunt la distanta (medie) minima in care substanta ramane in stare gazoasa. Din acest motiv, sunt numiti vapori saturati. Din punctul de vedere al incintei pe care o ocupa,se spune despre vapori ca sunt vapori saturati ( adica satureaza incinta in care se afla, asigura numarul volumic maxim posibil). IV. Substanta este in stare lichida . Orice tentativa de micsorare in continuare a volumului conduce la cresterea foarte rapida a presiunii din incinta.

p

i s t o

n

Th

v

a p l i c h

o i d

r i

Figura 2

Figura 3

Dac se reprezint grafic dependena presiunii vaporilor n funcie de volum pentru diferite temperaturi, obinem aanumitele izoterme ale lui Andrews pentru gazul real (Figura 3). Dac experimentul se face invers, adica se micoreaz volumul, atunci procesul de condensare se poate obine doar sub o anumit temperatur, numit temperatur critic, TC. Pentru temperaturi mai mari dect aceasta, agitaia termic a moleculelor este att de intens, nct nici la presiuni mari nu se pot forma acele legturi stabile ntre molecule. La T>TC substanele se afl numai n stare de gaz, caracterizat printr-o dezordine complet a moleculelor.p

T>

ga z

T

lic h id

C

T l i c h i Cd + n e sv a p o a r T < tiu r a ni i v a p o rTC

VPROBLEMA 1:

Intr-un tub subtire de sticla,inchis la un capat,se afla aer,separat de exterior cu ajutorul unei coloane de mercur de lungime h=2cm. Cand tubul este asezat vertical,cu capatul deschis in jos,lungimea coloanei de aer este l=0,39m.Cand tubul este vertical dar cu capatul deschis in sus, lungimea coloanei de aer este L=0,37m.Sa se determine presiunea atmosferica,cunoscand densitatea mercurului =13,6103 kg m3

P1 V1 =P2 V2 P2 = P0 +gh P1 = P0 gh (P0 - gh)l = (P0 + gh)L P0l - ghl = P0L + ghL P0(l- L) =gh (L +l) P0=gh (l + L)(l-L) P0 = 13,6103 kgm3 9,81m/s 2 0,02m (0,37m +0,39m) 0,39m-0,37m P0=2668.32 0,76 0,02 P0=101396,16 N/m2PROBLEMA 2:

Indicatiile unui barometru cu mercur sunt eronate din cauza ca in tubul barometric a intrat o bula de aer.Cand presiunea atmosferica este P0=1,013 105N/m2,barometrul indica presiunea P01=0,974105N/m2,iar cand presiunea atmosferica este P=0,957105N/m2, barometrul indica presiunea P1=0,934105N/m2.Sa se afle lungimea H a tubului barometric.Densitatea mercurului este =13,6 103N/kg iar g=9,81m/s2. P0 = P01 + gh1 P = P1 + gh2 h1 =(P0 P01)/ g h2 =(P P1)/ g P01(H-h1)=P1(H-h2) P01H - P01h1=P1H - P1h2 H(P01- P1)=h1P01 - h2P1 H=(P0 P01)P01- P1(P-P1) (P01- P1) g H=[(1,013 105N/m2 -0,974105N/m2)0,974105N/m2 -0,934105N/m2(0,957105N/m2 -

-0,934105N/m2 )]/( 0,974105N/m2-0,934105N/m2) 13,6 103N/kg 9,81m/s 2 H=0,31m PROBLEMA 3 Intr-un cilindru se gaseste gaz inchis cu un piston de greutate G=100 N si are S=100 dm2 , presiunea atmosferica fiind H=1,00 bar. Cu ce forta trebuie sa apasam in jos asupra pistonului pentru a reduce volumul gazului de k=3,0 ?

H F F G G

H

S F.F

F.I.

S

p1V1=p2V2 p1=H + G/S p2=H +G/S+F/S V2=V1/3 (H+G/S)V1=(H+G/S+F/S)V1k H+G/S+F/S=[(H+G/S)V1](V1/k)

H+G/S+F/S=(HS+G)/(S/k) F/S=(HS+G)(S/k) (G/S) H F=[(HS+G)(S/k) G/S]S H F=[(HS+G)(1/k)] HS G F=[(10510-2+100)(1/3)] 510-2 10 100 F=(103+100)3 3 10 100 F=11003 900 F=3300 900 F=2400 N

PROBLEMA 4: Un piston imparte un cilindru in doua compartimente egale continand gaz la aceeasi presiune p=1,10 atm. Pistonul este deplasat astfel incat un compartiment devine de k =6,0 ori mai mic (v. figura). Care este diferenta de presiune dintre compartimente ?

V, P

V, P

F.I.

V`` P``

V`, P`

F.F.

pV=p1V1 pV

p1= V1

pV=p2V2 pV

p2= V2 pV p1-p2 = V1 V2 pV

pV p1-p2 = kV2 p * S * R/2 p1-p2 = k * S * l/7

pV V2 p * S * l/2 S * l/7

p/2 p1-p2 = k/7 p p1-p2 = 2 p p1-p2 = 2 1,1 atm p1-p2 = 2 1,1 atm p1-p2 = 2 p1-p2 = - 3,20 atm PROBLEMA 5: *

p/2 1/7 7 k 7 - 7 k 7 - 7 6 35 6 p *7 2

In figura 2.14. sunt reprezentate diagramele a doua transformari izobare, respectiv, izocore ale unei aceeasi cantitati de gaz ideal. Sa se indice : a) care din presiunile p1 sau p2 este mai mare ; b) care din volumele V1 sau V2 este mai mare .

V P2 V2 P1 V1 Fig. 2.14. a

O

T

P V2 P2 V1 P1 T Fig.2.14.b

a) Consideram o transformare izoterma fig.2.14.=> =>p1V1=p2V2. Pe desen se poate observa ca V1p1.

b) Aplicam si pentru acest punct transformarea izoterma. Considerand aceasta , p1V1=p2V2, putem observa de pe diagrama ca p1V1.