题目
.10-19 气缸内贮有36g水蒸气(视为刚-|||-性分子理想气体),经abcda循环过程,如图-|||-.10-9 所示.其中 arrow b 、arrow d 为等体过程, arrow c 为-|||-等温过程, arrow a 为等压过程.试求:-|||-(1) arrow a 过程中水蒸气做的功Wa;-|||-(2) arrow b 过程中水蒸气内能的增量 Delta (F)_(d), ;-|||-(3)循环过程水蒸气做的净功W;-|||-(4)循环效率n.

题目解答
答案

解析
步骤 1:确定水蒸气的摩尔数
水蒸气的摩尔数 $n$ 可以通过质量 $m$ 除以摩尔质量 $M$ 来计算。水蒸气的摩尔质量为 $18g/mol$。
$$
n = \frac{m}{M} = \frac{36g}{18g/mol} = 2mol
$$
步骤 2:计算 $d\rightarrow a$ 过程中水蒸气做的功 $W_a$
等压过程的功 $W$ 可以通过公式 $W = nR\Delta T$ 来计算,其中 $R$ 是理想气体常数,$\Delta T$ 是温度变化。根据图 .10-9,$d\rightarrow a$ 过程中温度从 $T_d$ 变化到 $T_a$,因此:
$$
W_a = nR(T_a - T_d)
$$
步骤 3:计算 $a\rightarrow b$ 过程中水蒸气内能的增量 $\Delta E$
等体过程的内能变化 $\Delta E$ 可以通过公式 $\Delta E = \frac{3}{2}nR\Delta T$ 来计算,其中 $\Delta T$ 是温度变化。根据图 .10-9,$a\rightarrow b$ 过程中温度从 $T_a$ 变化到 $T_b$,因此:
$$
\Delta E = \frac{3}{2}nR(T_b - T_a)
$$
步骤 4:计算循环过程水蒸气做的净功 $W$
循环过程的净功 $W$ 可以通过计算各个过程的功之和来得到。根据图 .10-9,$a\rightarrow b$ 和 $c\rightarrow d$ 是等体过程,不做功;$b\rightarrow c$ 是等温过程,不做功;$d\rightarrow a$ 是等压过程,做功 $W_a$。因此:
$$
W = W_a
$$
步骤 5:计算循环效率 $n$
循环效率 $n$ 可以通过公式 $n = \frac{W}{Q}$ 来计算,其中 $Q$ 是循环过程中吸收的热量。根据图 .10-9,$a\rightarrow b$ 和 $b\rightarrow c$ 过程中吸收热量,$c\rightarrow d$ 和 $d\rightarrow a$ 过程中放出热量。因此:
$$
n = \frac{W}{Q}
$$
水蒸气的摩尔数 $n$ 可以通过质量 $m$ 除以摩尔质量 $M$ 来计算。水蒸气的摩尔质量为 $18g/mol$。
$$
n = \frac{m}{M} = \frac{36g}{18g/mol} = 2mol
$$
步骤 2:计算 $d\rightarrow a$ 过程中水蒸气做的功 $W_a$
等压过程的功 $W$ 可以通过公式 $W = nR\Delta T$ 来计算,其中 $R$ 是理想气体常数,$\Delta T$ 是温度变化。根据图 .10-9,$d\rightarrow a$ 过程中温度从 $T_d$ 变化到 $T_a$,因此:
$$
W_a = nR(T_a - T_d)
$$
步骤 3:计算 $a\rightarrow b$ 过程中水蒸气内能的增量 $\Delta E$
等体过程的内能变化 $\Delta E$ 可以通过公式 $\Delta E = \frac{3}{2}nR\Delta T$ 来计算,其中 $\Delta T$ 是温度变化。根据图 .10-9,$a\rightarrow b$ 过程中温度从 $T_a$ 变化到 $T_b$,因此:
$$
\Delta E = \frac{3}{2}nR(T_b - T_a)
$$
步骤 4:计算循环过程水蒸气做的净功 $W$
循环过程的净功 $W$ 可以通过计算各个过程的功之和来得到。根据图 .10-9,$a\rightarrow b$ 和 $c\rightarrow d$ 是等体过程,不做功;$b\rightarrow c$ 是等温过程,不做功;$d\rightarrow a$ 是等压过程,做功 $W_a$。因此:
$$
W = W_a
$$
步骤 5:计算循环效率 $n$
循环效率 $n$ 可以通过公式 $n = \frac{W}{Q}$ 来计算,其中 $Q$ 是循环过程中吸收的热量。根据图 .10-9,$a\rightarrow b$ 和 $b\rightarrow c$ 过程中吸收热量,$c\rightarrow d$ 和 $d\rightarrow a$ 过程中放出热量。因此:
$$
n = \frac{W}{Q}
$$