Алгоритм обучающей программы по термодинамике идеальных газов, программа «Tep11» на языке программирования QBasic

Персональные компьютеры — это универсальные устройства для обработки информации. В отличии множества других устройств, осуществляющих только заранее заложенные в них функции, персональные компьютеры могут выполнять любые действия по обработке информации. Для этого необходимо составить для компьютера на понятном ему языке точную и подробную последовательность инструкций т. е. программу, как надо обрабатывать информацию. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области своего применения, все эти знания сосредоточенны в выполняемых на компьютере программах.

Меняя программы для компьютера, можно превратить его в рабочее место бухгалтера, конструктора, статистика, агронома, редактировать в не документы, работать с обучающими программами.

При своем выполнении программы могут использовать различные устройства компьютера для ввода и вывода данных, подобно тому, как человеческий мозг пользуется органами чувств для получения и передачи информации.

Таким образом, для эффективного использования компьютера необходимо знать назначение и свойства необходимых при работе с ним программ. Например, для написания какой-либо программы необходим язык программирования. В данной дипломной работе весь пакет прикладных программ написан на языке QuickBasic. Перед разработкой пакета для всех его программ вначале составляется алгоритм в виде блок-схемы. Пакет прикладных программ включает в себя три раздела: термодинамика, идеальных газов, теплоемкость, первый закон термодинамики.

В разработанном пакете прикладных программ данной дипломной работы изложение основ термодинамики идеальных газов применительно к дальнейшему изучению студентами теплотехники и технической термодинамики. В процессе работы с обучающими программами студент закрепляет материал, по теплотехнике полученный в курсе лекций.

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

1.1 Общие сведения

Термодинамика — наука о законах теплового движения (термо) и его превращениях (динамика) в другие виды движения, происходящих в макроскопических равновесных системах и при переходе систем в равновесие. В зависимости от круга рассматриваемых вопросов различают техническую и химическую термодинамику, термодинамику биологических систем и т. д. Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного превращения теплоты и работы, а также свойства тел, принимающих участие в этих превращениях, и тепловые процессы, протекающие в различных аппаратах и установках, тепловых и холодильных машинах. Термодинамика возникла из потребностей теплотехники. Применение в XIX в. тепловых двигателей выдвинуло перед наукой задачу теоретического изучения работы тепловых машин и определения путей повышения их коэффициента полезного действия. В последующем задачи термодинамики стали шире, и область ее изучения распространилась на различные отрасли технических, биологических, информационных и других систем. На основе технической термодинамики производятся расчеты и проектирование тепловых двигателей, компрессорных машин, холодильных установок, течения в воздухои паропроводах, воздухообмена помещений, кондиционирования воздуха, сушки и хранения сельскохозяйственных продуктов и т. д.

Тепловое движение обусловлено движением и взаимодействием между собой большого числа микрочастиц. Известны два метода изучения тепловой формы движения материи. Метод статистической физики основывается на молекулярной модели физических систем и использует возможности математической теории вероятности. Термодинамический метод, называемый феноменологическим, устанавливает связь между макроскопическими параметрами, определяющими изменение состояния системы, и не требует обращения к молекулярной структуре вещества.

Такой подход очень удобен и вполне достаточен для решения большинства практически важных задач. [1−3]

Термодинамика основывается на двух законах (началах), полученных опытным путем.

Первый закон термодинамики устанавливает количественное соотношение закона сохранения и превращения энергии применительно к термодинамическим системам.

Второй закон термодинамики указывает на качественное отличие формы передачи энергии в виде теплоты и связан с принципом изменения энтропии в обратимых и необратимых процессах.

1.2 Термодинамическая система

Термодинамической системой называют совокупность материальных тел, которые находятся в тепловом и механическом взаимодействии одно с другим и с окружающими систему внешними телами (последние составляют окружающую среду), т. е. термодинамическими системами принято называть макроскопические системы, которые находятся в термодинамическом равновесии.

Систему, не обменивающуюся с окружающей средой ни энергией, ни веществом, называют изолированной (закрытой). Если система не обменивается с внешней средой теплотой, ее называют теплоизолирован-ной, или адиабатной. В открытой системе между ней и средой происходит обмен веществом (массообменное взаимодействие).

Термодинамическая система включает в себя рабочие тела (газы, воздух, пары) и источники теплоты.

Газы, в которых мы можем пренебречь влиянием сил взаимодействия между молекулами и объемом самих молекул, т. е. обладающими теми же свойствами, что и система невзаимодействующих точек, называют идеальными, в противном случае — реальными. [2]

1.3 Термические параметры состояния

Макроскопические величины, т. е. величины, определяющие состояние системы в данный момент, называют параметрами состояния. Различают термические и калорические параметры состояния. К первым относят абсолютное давление р, удельный объем U и абсолютную температуру Т; ко вторым — внутреннюю энергию U, энтальпию Н и энтропию S.

Параметры, не зависящие от массы тела или числа частиц в системе, называются интенсивными (например, давление, температура); параметры, значение которых пропорционально массе или числу частиц в системе, называются аддитивными, или экстенсивными (энергия, энтропия и др.).

Состояние изолированной термодинамической системы, характеризующееся постоянством термодинамических параметров состояния во времени и по всему объему, занимаемому системой, называется равновесным. В равновесной системе отсутствуют потоки энергии и вещества. Всякая изолированная система со временем приходит в состояние равновесия и самопроизвольно из него выйти не может. В изолированных системах равновесное состояние определяется внешними условиями (значениями давлений и внешней по отношению к системе температурой среды). Если между различными частями объема системы имеются разности температуры, давления и т. д., то она неравновесная.

Давление — результат ударов о стенку хаотически движущихся микрочастиц рабочего тела. В соответствии с молекулярно-кинетической теорией давление газа определяется уравнением

p= nmw2 /2 (1.1)

где n — число молекул в единице объема; m — масса молекулы; w2 — средняя квадратическая скорость поступательного движения молекул. [3−5]

Численно давление равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела в направлении нормали к последней. Давление измеряют в паскалях, т. е. 1 Па=1 Н/м2. Следовательно, 1 Па равен давлению, вызываемому силой 1 Н, равномерно распределенной в направлении нормали по поверхности площадью 1 м² (1 Па=0,102· 104 кгс/см2). В практических расчетах используют 1 кПа==103 Па и 1 МПа =106 Па.

Давление подразделяют на абсолютное р, атмосферное ра, избыточное ри и вакуумметрическое рв.

Приборы для измерения давления (манометры, барометры, вакуумметры) показывают избыточное давление.

Если абсолютное давление р>ра, то избыточное давление равно разности между абсолютным давлением измеряемой среды и атмосферным давлением, т. е. ри=р-ра. Если р<�ра, то избыточное давление равно ри=ра-р. В этом случае прибор (вакуумметр) показывает значение разрежения (вакуума) в сосуде, где находится измеряемая среда.

Температура Т в соответствии с молекулярно-кинетической теорией газов пропорциональна кинетической энергии поступательного движения частиц рабочего тела.

kT=mw2/2 (1.2)

где постоянная Больцмана, равная 1,380 662· 1023 Дж/К.

Уравнение (1.2) указывает на то, что температура является мерой интенсивности теплового движения. Из уравнений (1.1) и (1.2) следует, что большое количество случайных явлении (движение и взаимодействие молекул) выражается в виде определенной закономерности-значения макроскопических параметров. Здесь проявляется методологический аспект взаимной связи между динамическими и статистическими закономерностями. Большое количество механически движущихся микрочастиц в системе порождает качественно новый вид диалектического закона перехода количественных изменений в качественные.

Температура существует только у термодинамически равновесных систем, которые к тому же не взаимодействуют одна с другой, т. е. температура является термодинамически равновесным параметром. [2]

Температура, определяемая из уравнения (1.2), называется термодинамической (абсолютной).

Понятие термодинамической температуры следует из второго закона термодинамики. Для шкалы абсолютной температуры имеются две точки отсчета. За начало отсчета принимают абсолютный нуль, при котором прекращается тепловое движение молекул. Другая точка отсчета (температура тройной точки воды, т. е. температура равновесия между тремя фазами: льдом, водой и паром) равна 273,16 К (0,01 °С). Отношение 1/273,16 интервала между двумя точками отсчета — единица измерения по термодинамической температурной шкале, К (Кельвин). Температуру измеряют также по шкале Цельсия, где за нуль принимают температуру таяния льда, а за 100 °C — температуру кипения воды при давлении 101 325 Па (так называемое нормальное давление). Связь между термодинамической температурой Т (К) и температурой t (°С) следующая:

T =t+273,16 (1.3)

Для измерения температуры применяют жидкостные термометры, термопары, пирометры и другие приборы. Их действие основано на использовании таких свойств веществ, как тепловое излучение, ЭДС между двумя соприкасающимися металлами, электрическое сопротивление, интенсивность излучения и др.

Удельный объем v — это объем, занимаемый единицей массы вещества. Для однородного тела массой m и объемом V его определяют по формуле:

v=V/m (1.4)

Величина, обратная удельному объему, — плотность тела =1/v v=1. Единица измерения удельного объема м3/ кг, а плотностикг/м3

1.4 Законы идеальных газов

Закон Бойля — Мариотта. При постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная. При T = const

P1v1 = P2v2 = const (1.5)

Рис. 1.1 — Графическое изображение давления газа от изменения его объема.

Закон Гей — Люсака. При постоянном давлении отношение объема газа к его температуре есть велечина постоянная. При P=const

V1 / T1 = V2 / T2 (1.6)

Закон Шарля. При постоянном объеме отношение давления газа к его температуре есть величина постоянная. При v=const

P1 / T1 = P2 / T2 (1.7)

Рис. 1.2 — Графическое изображение давления газа от изменения его температуры

1.5 Уравнение состояния идеальных газов

Для равновесной термодинамической системы существует функциональная связь между термическими параметрами, называемая термическим уравнением состояния. Уравнение, связывающее температуру Т. внешние параметры и внутреннюю энергию и, называется калорическим уравнением состояния. Уравнение состояния устанавливается опытным путем или выводится на основе статистической физики. Если известны термическое и калорическое уравнения состояния, то с помощью, первого и второго законов термодинамики можно определить все термодинамические свойства системы. [1−6]

Уравнение состояния идеального газа

pV=mRT (1.8)

Для 1 кг газа

pv=RT (1.9)

где R — газовая постоянная, Дж/(кг· К) Из уравнения состояния идеального газа находим р (v/Т)p=/Т (RТ)=R. (1.10)

Следовательно, газовая постоянная — это работа 1 кг идеального газа при постоянном давлении и изменении температуры на 1 К.

Если в уравнении (1.8) заменить т на µ, где µ - молярная масса газа, а также учесть, что V=µv, получим уравнение Клапейрона — Менделеева:

pV=RT (1.11)

где Vµ- молярный объем рабочего тела, м3/моль; при нормальных физических условиях Vµ =22,4· 10 — 3 м3/ моль; R =µR — универсальная газовая постоянная.

Если уравнение (1.11) записать для нормальных физических условий, получим

Rµ=pVµ/T=101 325· 22,4· 10 — 3 /273,16= 8,314 Дж/(моль· К).

Газовая постоянная 1 кг конкретного рабочего тела будет равна:

R=8,314/µ (1.12)

1.6 Термодинамический процесс

Изменение состояния термодинамической системы вследствие воздействия на нее внешней среды называется термодинамическим процессом. При этом происходит последовательное изменение параметров рабочего тела.

Процесс, состоящий из непрерывного ряда последовательных равновесных состояний, называется равновесным процессом. Каждое из таких состояний, будучи равновесным, может быть описано уравнением состояния.

Для того чтобы при переходе термодинамической системы из одного состояния в другое все промежуточные состояния могли рассматриваться как равновесные, такой процесс должен проходить очень медленно. Процесс, не удовлетворяющий этому требованию, — неравновесный Любой реальный процесс в той или иной степени неравновесный. 3]

а) б) Рис. 1.3 — Термодинамический процесс в рv — координатах: а — процесс расширении; б — круговой процесс Термодинамический процесс, который может протекать через одни и те же равновесные состояния как в прямом А-В, так и в обратном В-А направлении, называется обратимым (рис. 1.3). Таким образом, не происходит остаточных изменений ни в самой системе, ни в окружающей среде.

Для протекания обратимого процесса необходимо, во-первых, обеспечение теплового и механического равновесия, т. е. равенство для каждого состояния температуры и давления рабочего тела и окружающей среды; во-вторых, отсутствие трения, завихрений и других односторонне направленных (необратимых) процессов. Хотя реально протекающие процессы необратимы, изучение обратимых процессов имеет немаловажное практическое значение. Они служат для оценки степени совершенства реальных (необратимых) процессов. Кроме того, сопоставление необратимых процессов с обратимыми позволяет выявить пути повышения эффективности первых (например, КПД тепловых двигателей). Мера необратимости процесса в замкнутой системе, т. е. изменение функции его состояния, — энтропия.

Процесс, в результате которого рабочее тело возвращается в исходное состояние, называется круговым процессом, или циклом. Обратимый цикл образуется только из обратимых процессов. [1−11]

1.7 Постановка задачи для разработки алгоритма обучающей программы по термодинамике идеальных газов

1.7.1 Теоретическая часть программы

Студенту предлагается изучение основных определений: термодинамика, ТДС, рабочее тело, изолированная или замкнутая ТДС, теплоизолированная или адиабатная ТДС, открытая и закрытая ТДС, теплофизические величины, идеальный, реальный газы, законы идеальных газов, основное уравнение состояния идеальных газов, уравнение Клайперона 1 и 2 вида, удельная, универсальная газовая постоянная, уравнение Менделеева — Клайперона.

Если материал данного раздела освоен, можно приступить к практической части, если нет то вернуться к началу раздела.

1.7.2 Практическая часть программы

Задание 1. Определить R, правильно выбрав формулу.

PV=nRT

PV=RT

PVn=nRT

Правильно 2 или 3. Если 1 то вернуться к изучению теоретической части.

Введите значения: P, T, V, n, .

За три попытки определить R=8.314 кДж/(моль· К). Иначе вернуться к изучению теоретической части.

Правильные значения:

P=101 325 Па;

T=273.16 K;

V=0.0224 м 3/моль;

n=1;

=0.029 кг/моль.

Задание 2. Определить R для следующих веществ:

для кислорода, если:

=0.032 кг/моль;

для углекислого газа, если:

=0.044 кг/моль;

для серного ангидрида

=0.017 кг/моль;

для любого другого вещества.

Задание 3. Определить давление в кислородном баллоне, если:

m=18 кг;

V=100 л;

R=259.8 Дж/(кг· К);

t1=20 єC;

t2=70 єC;

За две попытки правильно выбрать формулу. Ввести значения в единицах СИ.

PV=nRT

PV=RT

PVn=nRT

Правильно 1, если 2 или 3 вернуться к изучению теоретической части.

Значения в единицах СИ:

m=18 кг;

V=0.1 м 3;

R=259.8 Дж/(кг· К);

T1=293.16 K;

T2=343.16 K.

Проанализировать полученные результаты давлений. Возможность выхода из программы или возврата к началу.

1.8 Алгоритм обучающей программы «Термодинамика идеальных газов»

термодинамика газ программа обучающая Алгоритм подпрограммы «Formula» вывода формул

Алгоритм подпрограммы «Text1"вывода названия подраздела Алгоритм подпрограммы «Text2"вывода названия подраздела

Алгоритм подпрограммы «Text3"вывода названия подраздела Алгоритм подпрограммы «Zadn1"вывода названия подраздела

Алгоритм подпрограммы «Keyb» опроса клавиатуры

Алгоритм подпрограммы «Never» вывода текста при неосвоенном материале данного раздела Алгоритм подпрограммы «Rmk» вывода рисунка рамки

1.9 Обучающая программа «Tepl1» по термодинамике идеальных газов

DECLARE SUB Rmk ()

DECLARE SUB Text1 ()

DECLARE SUB Keyb ()

DECLARE SUB Text2 ()

DECLARE SUB Text3 ()

DECLARE SUB Zadn1 ()

DECLARE SUB Formula ()

DECLARE SUB Never ()

Rasd1:

'Теоретическая часть'

SCREEN 9: COLOR 15, 9: CLS: K = 0: I = 0: Q = 0

CALL Rmk

CALL Text1

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Термодинамика»: LOCATE 4, 18 COLOR 15, 9

PRINT «является теоретической основой для расчета двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, реактивных двигателей, тепловых»

LOCATE 6, 2: PRINT «устройств сушильной и холодильной техники»

LOCATE 7, 4: PRINT «Как наука, термодинамика основывается на трех законах:»

LOCATE 8, 6: PRINT «1-й закон — о сохранении и превращении энергии;»

LOCATE 9, 6: PRINT «2-й закон — о направлении процессов обмена энергии, протекающих в природе;»

LOCATE 10, 6: PRINT «3-й закон — о недостижимости телом абсолютного нуля.»

LOCATE 11, 4: PRINT «В технической термодинамике используется феноменологический метод исследования явлений, т. е. рассматривается самое явление (феномен) в целом, и не»

LOCATE 13, 2: PRINT «рассматривается молекулярное строение тел.»

LOCATE 14, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Термодинамическая система»: LOCATE 14, 29: COLOR 15, 9

PRINT «- есть совокупность материальных тел, находящихся «

LOCATE 15, 2: PRINT «в тепловом и механическом взаимодействии друг с другом и окружающими систему»

LOCATE 16, 2: PRINT «внешними телами.»

LOCATE 17, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Рабочее тело»: LOCATE 17, 16 COLOR 15, 9

PRINT «- это тело которое входит в термодинамическую систему и используется в качестве теплоносителя, например, воздух в компрессоре, пар в паровом» :LOCATE 19, 2

PRINT «двигателе, топливно-воздушная смесь в двигателе внутреннего сгорания.»

LOCATE 20, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Изолированная или замкнутая» :

LOCATE 20, 32

COLOR 15, 9: PRINT «термодинамическая система — это система не»

LOCATE 21, 2: PRINT «обменивающаяся с окружающей средой ни веществом ни энергией.»

CALL Keyb

CALL Text1

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Теплоизолированная или адиабатная» :COLOR 15, 9

LOCATE 4, 38: PRINT «термодинамическая система — это система»

LOCATE 5, 2: PRINT «не обменивающаяся с окружающей средой теплотой.»

LOCATE 6, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Открытая термодинамическая система»

LOCATE 6, 30: COLOR 15, 9: PRINT «- это система обменивающаяся с окружающей средой»

LOCATE 7, 2: PRINT «веществом, например двигатель внутреннего сгорания всасывает топливно-воздушную смесь и выбрасывает выхлопные газы.»

LOCATE 9, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Закрытая термодинамическая система»

LOCATE 9, 30: COLOR 15, 9: PRINT «- это система не обменивающаяся с окружающей»

LOCATE 10, 2: PRINT «средой веществом, например, холодильник.»

CALL Keyb

CALL Text2

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9:

PRINT «Теплофизические величины, характеризующие состояние рабочих тел, основные»

LOCATE 5, 2: PRINT «из них следующие:»

LOCATE 6, 6: PRINT «Р = Ри + Ра,»

LOCATE 7, 2: PRINT «где Р — давление, Па; Ри — избыточное давление; Ра — атмосферное давление»

LOCATE 8, 6: PRINT «Р = Рв + Ра,»: LOCATE 9, 2: PRINT «где Рв — вакуумметрическое давление»

LOCATE 10, 6: PRINT «V — объем газа, м³;»: LOCATE 11, 6: PRINT «m — масса газа, кг;»

LOCATE 12, 6: PRINT «mм — молярная масса газа, кг/моль;»

LOCATE 13, 6: PRINT «n — количество вещества, молей газа;»

LOCATE 14, 6: PRINT «v = V / m — удельный объем газа, м³/кг;»

LOCATE 15, 6: PRINT «p = M / V — плотность газа, кг/м³;»

LOCATE 16, 6: PRINT «Vmм — молярный объем, м³/моль;»

LOCATE 17, 6: PRINT «Т — термодинамическая температура, К.»

LOCATE 18, 4: PRINT «Нормальные условия, за которые принимаются:»

LOCATE 19, 6: PRINT «Pн = 101 325 Па;»: LOCATE 20, 6

PRINT «Tн = 273.16 К, Тн — соответствует 0»; CHR$(248); «C»

LOCATE 20, 6: PRINT «Vmм = 0.0224 м³/моль.»

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text3

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Идеальным»: LOCATE 4, 13 COLOR 15, 9

PRINT «- называется газ, у которого отсутствуют силы взаимодействия между»

LOCATE 5, 2: PRINT «его частицами, а сами его частица не имеют объема, хотя они и материальны.»

LOCATE 6, 4: PRINT «Реальные газы при малых давлениях до 100 а подчиняются законам идеальных»

LOCATE 7, 2: PRINT «газов.»

LOCATE 8, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Закон Бойля — Мариотта.»

LOCATE 8, 28: COLOR 15, 9: PRINT «При постоянной температуре

произведение давления"

LOCATE 9, 2: PRINT «газа на его объем есть величина постоянная.»

LOCATE 13, 6: PRINT «При Т = const»: LOCATE 14, 6

PRINT «P1»; CHR$(250); «v1 = P2»; CHR$(250); «v2 = const»

'Построение графика P = f (v)'

LINE (30, 160)-(215, 205), 12, B

CIRCLE (400, 140), 90, 15, 3.5, 4.8

LINE (300, 220)-(300, 150): LINE (300, 220)-(420, 220)

LOCATE 11, 36: PRINT «P,»: LOCATE 11, 39: PRINT «Па»

LOCATE 17, 53: PRINT «v, м³/кг»

LINE (300, 220)-(320, 170), 15, B: LINE (300, 220)-(355, 198), 15, B

LINE (300, 220)-(395, 206), 15, B

LOCATE 12, 36: PRINT «P1»: LOCATE 14, 36: PRINT «P2»

LOCATE 15, 36 PRINT «P3»

LOCATE 17, 40: PRINT «v1»: LOCATE 17, 44: PRINT «v2»

LOCATE 17, 49: PRINT «v3»

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text3

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Закон Гей — Люсака.» :LOCATE 4, 24 COLOR 15, 9

PRINT «При постоянном давлении отношение объема газа к его тем-»: LOCATE 5, 2

LOCATE 10, 6: PRINT «v1 / T1 = v2 / T2»

'Построение графика T = f (v)'

LINE (30, 105)-(190, 150), 12, B: LINE (300, 205)-(300, 110)

LINE (300, 205)-(440, 205): LINE (300, 205)-(410, 120)

LINE (300, 205)-(402, 125), 15, B: LINE (300, 205)-(370, 150), 15, B

LINE (300, 205)-(335, 177), 15, B

LOCATE 8, 36: PRINT «T,»: LOCATE 8, 39: PRINT «K»: LOCATE 9, 36 PRINT «T3»

LOCATE 11, 36: PRINT «T2»: LOCATE 13, 36: PRINT «T1»

LOCATE 16, 42 PRINT «v1»

LOCATE 16, 46: PRINT «v2»: LOCATE 16, 50: PRINT «v3»

LOCATE 16, 55

PRINT «v, м³»

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text3

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Закон Шарля.»: LOCATE 4, 17 COLOR 15, 9

PRINT «При постоянном объеме отношение давления газа к его температуре»

LOCATE 5, 2: PRINT «есть величина постоянная.»

LOCATE 9, 6: PRINT «При v = const»: LOCATE 10, 6 PRINT «P1 / T1 = P2 / T2»

'Построение графика P = f (T)'

LINE (30, 105)-(190, 150), 12, B: LINE (300, 205)-(300, 110)

LINE (300, 205)-(440, 205): LINE (300, 205)-(410, 120)

LINE (300, 205)-(402, 125), 15, B: LINE (300, 205)-(370, 150), 15, B

LINE (300, 205)-(335, 177), 15, B

LOCATE 8, 36: PRINT «P,»: LOCATE 8, 39: PRINT «Па»: LOCATE 9, 36 PRINT «P3»

LOCATE 11, 36: PRINT «P2»: LOCATE 13, 36: PRINT «P1»

LOCATE 16, 42: PRINT «T1»

LOCATE 16, 46: PRINT «T2»: LOCATE 16, 50: PRINT «T3»

LOCATE 16, 55: PRINT «T, K»

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text3

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT «Во всех трех законах одна величина всегда остается постоянной, а соотношение»

LOCATE 5, 2: PRINT «устанавливается между двумя оставшимися параметрами.»

LOCATE 6, 4: PRINT «На практике чаще всего изменяются одновременно все три параметра.»

LOCATE 7, 4: PRINT «Соотношение между тремя одновременно изменяющимися параметрами называется»

LOCATE 8, 2: COLOR 12, 9: PRINT «основным уравнением состояния идеальных газов:»

LOCATE 11, 30: COLOR 15, 9: PRINT «P1»; CHR$(250); «v1 / T1 = P2»; CHR$(250); «v2 / T2»

LINE (220, 130)-(430, 160), 12, B

LOCATE 14, 4: COLOR 15, 9

PRINT «Великий ученый Клайперон обозначил величину P2»; CHR$(250); «v2 / T2 = R. Тогда основное»

LOCATE 15, 2: PRINT «уравнение состояния идеальных газов приняло вид:»

LOCATE 18, 37: PRINT «P»; CHR$(250); «v = R»; CHR$(250); «T»

LINE (270, 230)-(380, 260), 12, B

LOCATE 20, 2: COLOR 15, 9

PRINT «и получила название уравнения Клапейрона 1 вида. Величина R = P»; CHR$(250); «v / T»

LOCATE 21, 2: PRINT «получила название»: LOCATE 21, 20: COLOR 12,9

PRINT «'удельная газовая постоянная'»: LOCATE 21, 49

COLOR 15, 9

PRINT «, Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text3

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Ее физический смысл.»: LOCATE 4,25 COLOR 15, 9

PRINT «Это есть работа, совершаемая 1 кг газа при нагревании» LOCATE 5, 2

PRINT «его на 1К при постоянном давлении.»: LOCATE 6, 2

PRINT «Умножим левую и правую части уравнения Клапейрона 1 вида на массу газа m:»

LOCATE 7, 35: PRINT «P»; CHR$(250); «v»; CHR$(250); «m = m»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LOCATE 8, 2: PRINT «получим уравнение Клапейрона 2 вида:»

LOCATE 11, 36: PRINT «P»; CHR$(250); «V = m»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LINE (270, 130)-(380, 160), 12, B

LOCATE 13, 4: PRINT «Обратите внимание — в левой части уравнения стал не удельный объем v, м³/кг»

LOCATE 14, 2: PRINT «а реальный V, м³.»

LOCATE 15, 4: PRINT «Великий ученый Менделеев Д. И. умножил левую и правую часть уравнения Клапейрона 1 вида на молярную массу mм:»

LOCATE 17, 34: PRINT «P»; CHR$(250); «v»; CHR$(250); «mм = mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LOCATE 18, 2: PRINT «и получил уравнение, которое было названно уравнением Менделеева:»

LOCATE 21, 35: PRINT «P»; CHR$(250); «Vmм = mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LINE (260, 270)-(390, 300), 12, B

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text3

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Обратите внимание:»: LOCATE 4, 23 COLOR 15, 9

PRINT «P»; CHR$(250); «Vmм = mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LOCATE 5, 4: PRINT «1. В левой части уравнения вместо удельного объема газа v, м³/кг, стал мо-»

LOCATE 6, 2: PRINT «лярный объем Vmм, м³/моль.»

LOCATE 7, 4: PRINT «2. Произведение mм»; CHR$(250); «R — получило название»

LOCATE 7, 45: COLOR 12, 9: PRINT «'универсальная газовая постоянная'»

LOCATE 8, 2: COLOR 15, 9

PRINT «Дж/(моль»; CHR$(250); «K). Эта величина для всех газов одинакова и в этом ее удобство при решении задач.»: LOCATE 10, 4

PRINT «Ее физический смысл. Это есть работа, совершаемая 1 молем газа, при нагревании его на 1К при постоянном давлении.»

LOCATE 12, 4

PRINT «Последователе Менднлннва Д. И. умножили левую и правую части его формулы на»

LOCATE 13, 2: PRINT «количество молей n:»

LOCATE 14, 34

PRINT «P»; CHR$(250); «Vmм = n»; CHR$(250); «mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LOCATE 15, 2

PRINT «и получили уравнение, которое было названо уравнением Менделева — Клапейрона:»

LOCATE 18, 35

PRINT «P»; CHR$(250); «V = n»; CHR$(250); «mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LINE (260, 230)-(400, 260), 12, B

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text3

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Обратите нимание:»: LOCATE 4, 22 COLOR 15, 9

PRINT «P»; CHR$(250); «V = n»; CHR$(250); «mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LOCATE 5, 4: PRINT «1. В левой части формулы стал реальный объем V, м³;»

LOCATE 6, 4

PRINT «2. Величина n»; CHR$(250); «mм = m, формула принимает вид уравнения Клапейрона 2 вида:»

LOCATE 9, 35: PRINT «P»; CHR$(250); «V = m»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LINE (260, 105)-(370, 130), 12, B

LOCATE 11, 4: PRINT «3. Если принять n = 1, то формула примет вид уравнения Менделеева:»

LOCATE 14, 34: PRINT «P»; CHR$(250); «Vmм = mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LINE (250, 170)-(380, 200), 12, B

LOCATE 16, 4

PRINT «Все эти трансформации формулы очень удобны при решении, в зависимости от»

LOCATE 17, 2: PRINT «условий задачи.»

LOCATE 18, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Внимание:»: LOCATE 18, 14 COLOR 15, 9

PRINT «Вы освоили материал первого раздела?»

LOCATE 23, 26: PRINT «Продолжить -»: COLOR 10, 9: LOCATE 23, 39 PRINT «ENTER»

LOCATE 23, 45: COLOR 15, 9: PRINT «, Назад -»: LOCATE 23, 55 COLOR 10, 9

PRINT «ESC»

'Ожидание ввода клавиш ENTER, ESC'

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(13)

EXIT DO

CASE CHR$(27)

GOTO Rasd1

END SELECT

LOOP

CALL Rmk

CALL Zadn1

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9: 'Задание по первому разделу'

PRINT «Определите численное значение универсальной газовой постоянной mм»; CHR$(250); «R.»

LOCATE 5, 2: PRINT «Для этого вам необходимо.»: LOCATE 6, 4

CALL Formula

'Выбор формулы и проверка правильного выбора'

DO WHILE K < 1

K = K + 1

LOCATE 6, 51: COLOR 10, 9

INPUT F

SELECT CASE F

CASE 1

LOCATE 6, 51: COLOR 12, 9: SOUND 1000, 5

CASE 2 TO 3

K = 0

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 6, 51: COLOR 10, 9: PRINT SPC (20);

LOOP

IF K = 1 THEN CALL Never: GOTO Rasd1

'Ввод и проверка введенных параметров'

DO WHILE I < 3

I = I + 1

LOCATE 10, 4: COLOR 15, 9: PRINT «Введите необходимые параметры:»

LOCATE 11, 7: INPUT «P = «; P

LOCATE 12, 7: INPUT «T = «; T

LOCATE 13, 7: INPUT «Vmм = «; Vmm

LOCATE 14, 7: INPUT «n = «; n

LOCATE 15, 7: INPUT «mм = «; mm

NT = T * 100: NVmm = Vmm * 10 000: Nmm = mm * 1000

Sum = P + NT + NVmm + n + Nmm

SELECT CASE Sum

CASE 128 895

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 10, 34: COLOR 12, 9: SOUND 1000, 5

LOCATE 10, 33: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

IF I = 3 THEN CALL Never: GOTO Rasd1

LOCATE 16, 4

PRINT «Вы правильно определили, что mм»; CHR$(250); «R = 8.314 кДж/(моль»; CHR$(250); «K) и получили возможность определить удельную газовую постоянную R, если вам известна молярная»

LOCATE 18, 2: PRINT «масса газа.»

LOCATE 19, 33: PRINT «R = 8.314 / mм»

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Zadn1

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9: PRINT «Определите R для кислорода, если mм = 0.032 кг/моль»

'Ввод и проверка значения для кислорода'

DO

LOCATE 5, 6: INPUT «mм = «; mm

NP = mm * 1000

SELECT CASE NP

CASE 32

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 5, 12: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

R = CINT (8.314 / mm)

LOCATE 6, 6: PRINT «R = «; R; «Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 7, 4: PRINT «Определите R для углекислого газа, если mм = 0.044 кг/моль»

'Ввод и проверка значения для углекислого газа'

DO

LOCATE 8, 6: INPUT «mм = «; mm

NP = mm * 1000

SELECT CASE NP

CASE 44

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 8, 12: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

R = CINT (8.314 / mm)

LOCATE 9, 6: PRINT «R = «; R; «Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 10, 4: PRINT «Определите R для серного ангидрида, если mм = 0.017 кг/моль»

'Ввод и проверка значения для серного ангидрида'

DO

LOCATE 11, 6: INPUT «mм = «; mm

NP = mm * 1000

SELECT CASE NP

CASE 17

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 11, 12: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

R = CINT (8.314 / mm)

LOCATE 12, 6: PRINT «R = «; R; «Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 13, 4: PRINT «Определите R для…»

'Для другого значения…'

DO

LOCATE 14, 6: INPUT «mм = «; mm

NP = mm * 1000

SELECT CASE NP

CASE 1 TO 100

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 14, 12: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

R = CINT (8.314 / mm)

LOCATE 15, 6: PRINT «R = «; R; «Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Zadn1

'Задание для определения давления в кислородном балоне'

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9: PRINT «Определите давление в кислородном балоне, если:»

LOCATE 7, 60: PRINT «m = 18 кг»: LOCATE 8, 60: PRINT «V = 100 л»

LOCATE 9, 60: PRINT «R = 259.8 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 10, 60: PRINT «t1 = 20»; CHR$(248); «C,»

LOCATE 11, 60: PRINT «t2 = 70»; CHR$(248); «C»

CALL Formula

'Ввод и проверка правильно выбранной формулы'

DO WHILE Q < 2

Q = Q + 1

LOCATE 6, 51: COLOR 10, 9

INPUT G

SELECT CASE G

CASE 1

EXIT DO

CASE 2 TO 3

LOCATE 6, 51: COLOR 12, 9: SOUND 1000, 5

END SELECT

LOCATE 6, 51: COLOR 10, 9: PRINT SPC (20);

IF Q = 2 THEN CALL Never: GOTO Rasd1

LOOP

LOCATE 10, 4: COLOR 15, 9: PRINT «Введите заданные значения:»

'Ввод и проверка введенных значений'

DO

LOCATE 11, 6: INPUT «m = «; m

SELECT CASE m

CASE 18

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 11, 11: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

'Ввод объема'

DO

LOCATE 12, 6: INPUT «V = «; V

NP = V * 1000

SELECT CASE NP

CASE 100

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 12, 11: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

'Ввод удельной газовой постоянной'

DO

LOCATE 13, 6: INPUT «R = «; R

NP = R * 10

SELECT CASE NP

CASE 2598

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 13, 11: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

'Ввод температуры'

DO

LOCATE 14, 6: INPUT «T1 = «; T1

NP = T1 * 100

SELECT CASE NP

CASE 29 316

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 14, 11: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

'Ввод температуры'

DO

LOCATE 15, 6: INPUT «T2 = «; T2

NP = T2 * 100

SELECT CASE NP

CASE 34 316

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 15, 11: COLOR 15, 9: PRINT SPC (15);

LOOP

'Расчет давления'

P1 = (m * R * T1) / V: P2 = (m * R * T2) / V

LOCATE 16, 4: PRINT «Предельно допустимое давление в балоне: P = 150 a»

LOCATE 17, 4: PRINT «P 20»; CHR$(248); «C =»; P1; «Па,»

PK1 = CINT (P1 *.1): PK2 = CINT (P2 *.1)

LOCATE 17, 26: PRINT «что составляет: «; «P = «; PK1; «a»

LOCATE 18, 4: PRINT «P 70»; CHR$(248); «C =»; P2; «Па»

LOCATE 18, 26: PRINT «что составляет: «; «Р = «; PK2; «а»

LOCATE 19, 4

PRINT «Вывод: Не оставляйте кислородные балоны на солнце, это может привести к»

LOCATE 20, 4: PRINT «взрыву.»

CALL Keyb

CALL Text1

COLOR 10, 9: LOCATE 10, 4

PRINT «ВЫ СВОИЛИ МАТЕРИАЛ 1 РАЗДЕЛА. УСПЕХА ВАМ ПРИ ИЗУЧЕНИИ МАТЕРИАЛА 2 РАЗДЕЛА»

LOCATE 12, 19: COLOR 14, 9: PRINT «'ТЕПЛОЕМКОСТЬ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ.'»

LOCATE 14, 30: COLOR 10, 9: PRINT «НАЖМИТЕ КЛАВИШУ — ESC.»

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(27)

EXIT DO

END SELECT

LOOP

SYSTEM

SUB Formula: 'Подпрограмма вывода формул'

LOCATE 5, 2: COLOR 15, 9: PRINT «Для этого вам необходимо.» LOCATE 6, 4

PRINT «Правильно выберите формулу из ниже приведенных:»

LOCATE 7, 7: PRINT «1) P»; CHR$(250); «V = n»; CHR$(250); «mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LOCATE 8, 7: PRINT «2) P»; CHR$(250); «Vmм = mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

LOCATE 9, 7: PRINT «3) P»; CHR$(250); «Vmм»; CHR$(250); «n = n»; CHR$(250); «mм»; CHR$(250); «R»; CHR$(250); «T»

END SUB

SUB Keyb: 'Подпрограмма опроса клавиатуры'

LOCATE 23, 26: PRINT «Продолжить -»: COLOR 10, 9: LOCATE 23, 39

PRINT «ENTER»

LOCATE 23, 45: COLOR 15, 9: PRINT «, Выход -»: LOCATE 23, 55

COLOR 10, 9

PRINT «ESC»

'Ожидание и проверка нажатия клавиш ENTER, ESC'

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(13)

EXIT DO

CASE CHR$(27)

SYSTEM

END SELECT

LOOP

CALL Rmk

END SUB

SUB Never: 'Подпрограмма возврата назад при неосвоенном материале'

LOCATE 17, 15: COLOR 12, 9

PRINT «Вы не освоили данный раздел, изучите его внимательно.»

LOCATE 19, 30: COLOR 10, 9: PRINT «НАЖМИТЕ ЛЮБУЮ КЛАВИШУ…»

'Ожидание нажатия любой клавиши'

WHILE INKEY$ = «»

WEND

END SUB

SUB Rmk: 'Подпрограмма рисования рамки'

CLS: LINE (1, 1)-(638, 348), 15, B

LINE (1, 38)-(638, 38), 15

END SUB

SUB Text1: 'Подпрограмма названия раздела'

LOCATE 2, 25: COLOR 14, 9: PRINT «ТЕРМОДИНАМИКА ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ»

END SUB

SUB Text2: 'Подпрограмма названия раздела'

LOCATE 2, 17: COLOR 14, 9

PRINT «ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ»

END SUB

SUB Text3: 'Подпрограмма названия раздела'

LOCATE 2, 30: COLOR 14, 9

PRINT «ЗАКОНЫ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ»

END SUB

UB Zadn1: 'Подпрограмма названия раздела'

LOCATE 2, 27: COLOR 14, 9

PRINT «ЗАДАНИЕ ДЛЯ ПЕРВОГО РАЗДЕЛА»

END SUB

[18−25]

ГЛАВА 2. ТЕПЛОЕМКОСТЬ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ

2.1 Основные определения теплоемкости

Отношение количества теплоты Q, сообщаемой телу при бесконечно малом изменении его состояния, к соответствующему изменению температуры dТ, называют истинной теплоемкостью тела:

С=Q/dТ (2.1)

Величину теплоемкости, отнесенную к единице количества вещества, с=q/dТ, (2.2)

т.е. к единице массы (1 кг) тела, называют удельной теплоемкостью ©, Дж/(кг· К); отнесенную к одному молю — молярной теплоемкостью ©, Дж/(моль· К); отнесенную к количеству газа, содержащегося в 1 м³ объема при нормальных физических условиях (t=0°С, р= 101 325 Па), объемной теплоемкостью (с'), Дж/(м 3· К).

Следовательно, с' = с/ = с/22,4· 10 — 3 = сн, (2.3)

где н — плотность газа при нормальных условиях.

Теплоемкость зависит от характера термодинамического процесса, при котором подводится и отводится теплота. Из выражения (2.2) следует, что без подвода и отвода теплоты с= 0. Если dТ=0, то с=±. Численно величина теплоемкости может изменяться от + До -.

Для термодинамических процессов, протекающих при постоянном объеме, удельную теплоемкость обозначают Сv, для процессов при постоянном давлении — Сp.

Учитывая, что l=pdV, следует, что в процессе при v=сonst вся теплота расходуется на изменение внутренней энергии. Отсюда

qv=du=cvdT (2.4)

где qv — количество теплоты при v=const.

Внутренняя энергия — параметр состояния системы и не зависит от промежуточных ее состояний, поэтому уравнение (2.4) справедливо для любого термодинамического процесса. [1−4]

При р=соnst

CpdT=cvdT+pdv (2.5)

Так как в процессе при постоянном давлении рdv=RdТ, то будем иметь

cp-cv=R (2.6)

Эта формула, называемая законом Майера, является одной из наиболее существенных в теории теплоемкости.

Умножим (2.6) на молярную массу. Поскольку R =8,314 кДж/(моль· К), получим

cp-cv=8,314 кДж/(моль· К). (2.7)

Отношение теплоемкостей при постоянных давлении и объеме обозначают и называют коэффициентом Пуассона, или показателем адиабаты.

cp/cv=k (2.8)

Согласно молекулярно-кинетической теории газов для одноатомных газов k=1,667, для двухатомных k=1,4, для трехатомных k =1,29.

При низких температурах опытные данные по определению значения коэффициента и хорошо согласуются с расчетными. Для высоких температур значения коэффициента Пуассона определяют по формулам, установленным экспериментальным путем. Теплоемкость зависит от температуры (рис. 2.1). Если предел изменения температуры небольшой, а также в приближенных расчетах, зависимостью теплоемкости от температуры пренебрегают и принимают ее усредненное постоянное значение в данном интервале температур. [3]

Рис. 2.1 — Зависимость теплоемкости от температуры Теплоемкость тела, соответствующую изменению температуры на конечной величине Дt=t2 — t1, называют средней теплоемкостью данного процесса:

cm = q / (t2 — t1). (2.9)

Из выражения с=q/dT следует, что

q = cdT, (2.10)

Из рисунка 2.1 видно, что заштрихованная элементарная площадка равна сdt=q. Следовательно, площадь 1−2-b-a-1 равна сумме элементарных площадок, т. е.

сm = cdT / (t1 — t2) (2.11)

количество теплоты в процессе1−2. Высота прямоугольника 3−4-b-a-3, равновеликого площади 1−2-b-a-1, дает значение средней теплоемкости Сm на участке процесса 1−2. Если Сm1 — средняя теплоемкость в интервале температур 0 — t1, а cm2 — в интервале температур 0 — t1, то

Cm= (2.12)

Для практических расчетов пользуются табличными данными теплоемкости различных веществ, приведенными в справочной литературе. Для смеси газов, находящейся в равновесном состоянии, очевидно, что количество теплоты смеси равно сумме теплоты компонентов. [5−8]

mncnДtn = mkckДtk (2.13)

откуда

cn = (mk / mn) ck =gkck (2.14)

cn = rkck. (2.14)

2.2 Постановка задачи для разработки алгоритма обучающей программы по теплоемкости идеальных газов

2.2.1 Теоретическая часть программы

Студенту предлагается изучение основных определений: удельная теплоемкость, ее три вида (массовая, объемная, молярная); средняя теплоемкость, истинная теплоемкость, удельная изохорная теплоемкость, удельная изобарная теплоемкость. Удельная массовая изохорная изобарная теплоемкость; удельная объемная изохорная и изобарная теплоемкость; удельная молярная изохорная и изобарная теплоемкость.

2.2.2 Практическая часть программы

Задание 1. Указать молярные изохорные и изобарные теплоемкости следующих газов: кислорода, аммиака, сероводорода.

12.6 Дж/(моль· К);

37.5 Дж/(моль· К);

20.9 Дж/(моль· К);

29.2 Дж/(моль· К);

Правильные варианты: для кислорода 3 и 4; для аммиака 4 и 2; для сероводорода 4 и 2.

Задание 2. Вспомните материал первого раздела и определить с расчетом для этих газов удельные газовые постоянные R если их молярные массы равны:

=0.017 кг/моль;

=0.034 кг/моль;

=0.032 кг/моль.

Правильные значения следующие:

Кислорода =0.032 кг/моль, R=259.8 Дж/(кг· К);

Аммиака =0.017 кг/моль, R=489 Дж/(кг· К);

Сероводорода =0.034 кг/моль, R=244.5 Дж/(кг· К).

Возможность возврата к началу раздела.

Задание 3. Укажите массовую изохорную и изобарную теплоемкость, для кислорода, аммиака, сероводорода, используя данные таблици 2.1:

1) 858.8 Дж/(кг· К);

2) 220.5 Дж/(кг· К);

3) 171.7 Дж/(кг· К);

4) 1102.9 Дж/(кг· К);

5) 653.1 Дж/(кг· К);

6) 912.5 Дж/(кг· К);

Таблица 2.1 — Таблица теплоемкостей газов

Правильные значение следующие: для кислорода 5 и 6; для аммиака 3 и 2;

для сероводорода 1 и 4. Необходимо определить за три попытки. Если правильно, то можно выйти из программы. Иначе возврат к началу теоретической части.

2.3 Алгоритм обучающей программы «Теплоемкость идеальных газов»

Алгоритм подпрограммы «Text4» вывода названия подраздела Алгоритм подпрограммы «Keyb» опроса клавиатуры

Алгоритм подпрограммы «Zadn2» вывода названия подраздела Алгоритм подпрограммы «Tabl» вывода таблици теплоемкостей газов

Алгоритм подпрограммы «Rmk» вывода рисунка рамки Алгоритм подпрограммы «Never» вывода текста при неосвоенном материале данного раздела

2.4 Обучающая программа «Tepl2» по теплоемкости идеальных газов

DECLARE SUB Never ()

DECLARE SUB Zadn2 ()

DECLARE SUB Tabl ()

DECLARE SUB Keyb ()

DECLARE SUB Rmk ()

DECLARE SUB Text1 ()

Rasd2:

'Теоретическая часть'

SCREEN 9: COLOR 15, 9: CLS

L1 = 0: L2 = 0: L3 = 0: U = 0: Y = 0: T = 0: R = 0: W = 0: Q = 0

CALL Rmk

CALL Text1

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT «Нагревание или охлождение идеальных газов сопровождается подводом к нему или»

LOCATE 5, 2: PRINT «отводом от него некоторого количества теплоты. Для его определения требуется»

LOCATE 6, 2: PRINT «знать удельную теплоемкость.»

LOCATE 7, 4: COLOR 12, 9: PRINT «Удельной теплоемкостью» LOCATE 7, 27: COLOR 15, 9

PRINT «называется количество теплоты, необходимое для нагре-»

LOCATE 8, 2: PRINT «вания еденици количества газа (1 кг, 1 м³, 1 моль) на 1 К.»

LOCATE 9, 4: PRINT «В зависимости от этого теплоемкости бывают трех видов:»

LOCATE 10, 6: COLOR 12, 9: PRINT «удельная массовая»: LOCATE 11, 6 PRINT «удельная объемная»

LOCATE 12, 6: PRINT «удельная молярная»

LOCATE 10, 24: COLOR 15, 9: PRINT «С, Дж/(кг»; CHR$(250); «K);»

LOCATE 11, 24: PRINT «С, Дж/(м³»; CHR$(250); «K);»

LOCATE 12, 24: PRINT «mмС, Дж/(моль»; CHR$(250); «K).»

LOCATE 13, 4

PRINT «Учитывая зависимость некоторых газов от темпнратуры, эти теплоемкости могут»

LOCATE 14, 2: PRINT «быть»: LOCATE 14, 7: COLOR 12, 9 PRINT «средними»

LOCATE 14, 16: COLOR 15, 9

PRINT «в интервале температуры от t1 до t2 и»: LOCATE 14, 54

COLOR 12, 9: PRINT «истинными»: LOCATE 14, 64: COLOR 15, 9 PRINT «для конкретной»

LOCATE 15, 2

PRINT «температуры. Для истинных теплоемкостей составлены таблицы, а для средних»

LOCATE 16, 2

PRINT «теплоемкостей это сделать невозможно ввиду большого множества температурных»

LOCATE 17, 2

PRINT «интервалов. Поэтому среднюю теплоемкость определяют по таблицам как истинную»

LOCATE 18, 2

PRINT «для средней температуры в интервале от t1 до t2 средняя температура равна:»

LOCATE 20, 30: PRINT «t1−2 = (t1 + t2) / 2»

CALL Keyb

CALL Text1

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT «Численная величина истинной теплоемкости газа зависит от условий нагревания.»

LOCATE 5, 2

PRINT «Если истинную теплоемкость измеряют при постоянном объеме то газ не расширяет-»

LOCATE 6, 2

PRINT «ся, а следовательно не производит работы. В таком случае теплота затрачивает»

LOCATE 7, 2: PRINT «только на повышение температуры газа. Эта теплоемкость называется «

LOCATE 7, 68: COLOR 12, 9: PRINT «удельной»: LOCATE 8, 2

PRINT «изохорной»: LOCATE 8, 12: COLOR 15, 9

PRINT «и обозначается Сv.»: LOCATE 9, 2

PRINT «Если истинную теплоемкость измеряют при постоянном давлении, а это возможно»

LOCATE 10, 2

PRINT «только в том случае если газу дается возможность увеличивать свой объем тепло-»

LOCATE 11, 2

PRINT «та затрачивается на повышение температуры газа и еще на совершение работы га-»

LOCATE 12, 2: PRINT «зом при его расширении. Эта теплоемкость называется»

LOCATE 12, 58: COLOR 12, 9: PRINT «удельной изобарной» LOCATE 13, 2: COLOR 15, 9

PRINT «и обозначается Ср.»: LOCATE 14, 4

PRINT «Вспомните физический смысл удельной R и универсальной mмR газовых постоянных»

LOCATE 15, 2

PRINT «Они выражают работу 1 кг и 1 моля газа при нагревании его на 1 К при постоянном давлении.»

CALL Keyb

CALL Text1

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9: PRINT «Таким образом мы имеем:» LOCATE 6, 6

PRINT «удельная»: LOCATE 7, 6: PRINT «массовая»: LOCATE 8, 6

PRINT «теплоемкость»: LOCATE 7, 25: PRINT «C»: LOCATE 11, 6 PRINT «удельная»

LOCATE 12, 6: PRINT «объемная»: LOCATE 13, 6: PRINT «теплоемкость»

LOCATE 12, 25: PRINT «C`»: LOCATE 16, 6: PRINT «удельная»

LOCATE 17, 6

PRINT «молярная»: LOCATE 18, 6: PRINT «теплоемкость»: LOCATE 17, 24 PRINT «mмС» :LOCATE 5, 35: PRINT «удельная массовая изохорная теплоемкость» LOCATE 6, 35

PRINT «Сv, Дж/(кг»; CHR$(250); «K);»: LOCATE 7, 35

PRINT «удельная массовая изобарная теплоемкость»: LOCATE 8, 35

PRINT «Сp, Дж/(кг»; CHR$(250); «K);»: LOCATE 10, 35

PRINT «удельная объемная изохорная теплоемкость»: LOCATE 11, 35

PRINT «Сv`, Дж/(м³»; CHR$(250); «K);»: LOCATE 12, 35

PRINT «удельная объемная изобарная теплоемкость»: LOCATE 13, 35

PRINT «Ср`, Дж/(м³»; CHR$(250); «K);»: LOCATE 15, 35

PRINT «удельная молярная изохорная теплоемкость»: LOCATE 16, 35

PRINT «mмСv, Дж/(моль»; CHR$(250); «K);»: LOCATE 17, 35

PRINT «удельная молярная изобарная теплоемкость»: LOCATE 18, 35

PRINT «mмСр, Дж/(моль»; CHR$(250); «K);»: LOCATE 18, 35

LINE (1, 120)-(638, 120), 15: LINE (1, 190)-(638, 190), 15

LINE (1, 260)-(638, 260), 15

CALL Keyb

CALL Text1

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT «Если условно принять, что величина теплоемкости зависит от температуры, то»

LOCATE 5, 2

PRINT «из шести представленных на схеме теплоемкостей аналитическим путем можно определить только одну mмCv:»: LOCATE 8, 30

PRINT «mмCv = 4.155»; CHR$(250); «Z»: LOCATE 9, 2

PRINT «где Z — число степенеь свободы молекулы.»

LOCATE 11, 24: PRINT «Для одноатомных газов Z = 3»

LOCATE 12, 24: PRINT «Для двухатомных газов Z = 5»

LOCATE 13, 24: PRINT «Для трех и более атомных газов Z = 7»

'Рисунок рамки'

LINE (170, 130)-(480, 190), 12, B

LOCATE 15, 4: COLOR 15, 9

PRINT «Определив mмCv, можно определить mмCp:»

LOCATE 17, 34: PRINT «mмCp = mмCv + mмR»

LOCATE 19, 4: PRINT «Отношение:»; TAB (30); «mмCp / mмCv = Cp /Cv =К» LOCATE 20, 2

PRINT «Следовательно молярные теплоемкости газов в зависимости от их атомности будут»

LOCATE 21, 2: PRINT «равны.»

CALL Keyb

CALL Text1

CALL Tabl

LOCATE 14, 4: COLOR 15, 9

PRINT «Укажите молярные изохорные и изобарные теплоемкости следующих газов,»

LOCATE 15, 2: PRINT «выбирая номера вариантов ответа:»

LOCATE 16, 50: PRINT «1) 12.6 Дж/(моль»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 17, 50: PRINT «2) 37.5 Дж/(моль»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 18, 50: PRINT «3) 20.9 Дж/(моль»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 19, 50: PRINT «4) 29.2 Дж/(моль»; CHR$(250); «K)»

'Ввод для кислорода'

LOCATE 16, 6: PRINT «Для кислорода,»: LOCATE 17, 10: PRINT «mмCv:»

DO WHILE Q < 3

Q = Q + 1

LOCATE 17, 25: INPUT K1

SELECT CASE K1

CASE 3

Q = 0

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 17, 25: PRINT SPC (10);

LOOP

IF Q = 3 THEN LOCATE 17, 24: COLOR 12, 9: PRINT «правильно — 3»

DO WHILE W < 3

W = W + 1

LOCATE 18, 10: COLOR 15, 9: PRINT «mмCp:»: LOCATE 18, 25

INPUT K2

SELECT CASE K2

CASE 4

W = 0

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 18, 25: PRINT SPC (10);

LOOP

IF W = 3 THEN LOCATE 18, 24: COLOR 12, 9: PRINT «правильно — 4»

FOR f = 1 TO 15 000

NEXT

LOCATE 17, 24: PRINT SPC (15);: LOCATE 18, 24: PRINT SPC (15);

'Ввод для аммиака'

LOCATE 16, 6: COLOR 15, 9: PRINT «Для аммиака, «: LOCATE 17, 10 PRINT «mмCv:»

DO WHILE R < 3

R = R + 1

LOCATE 17, 25: INPUT a1

SELECT CASE a1

CASE 4

R = 0

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 17, 25: PRINT SPC (10);

LOOP

IF R = 3 THEN LOCATE 17, 24: COLOR 12, 9: PRINT «правильно — 4»

DO WHILE T < 3

T = T + 1

LOCATE 18, 10: COLOR 15, 9: PRINT «mмCp:»: LOCATE 18, 25

INPUT A2

SELECT CASE A2

CASE 2

T = 0

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 18, 25: PRINT SPC (10);

LOOP

IF T = 3 THEN LOCATE 18, 24: COLOR 12, 9: PRINT «правильно — 2»

FOR f = 1 TO 15 000

NEXT

LOCATE 17, 24: PRINT SPC (15);: LOCATE 18, 24: PRINT SPC (15);

'Ввод для сероводорода'

LOCATE 16, 6: COLOR 15, 9: PRINT «Для сероводорода, «

LOCATE 17, 10 PRINT «mмCv:»

DO WHILE Y < 3

Y = Y + 1

LOCATE 17, 25: INPUT S1

SELECT CASE S1

CASE 4

Y = 0

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 17, 25: PRINT SPC (10);

LOOP

IF Y = 3 THEN LOCATE 17, 24: COLOR 12, 9: PRINT «правильно — 4»

DO WHILE U < 3

U = U + 1

LOCATE 18, 10: COLOR 15, 9: PRINT «mмCp:»: LOCATE 18, 25

INPUT U2

SELECT CASE A2

CASE 2

U = 0

EXIT DO

END SELECT

LOCATE 18, 25: PRINT SPC (10);

LOOP

IF U = 3 THEN LOCATE 18, 24: COLOR 12, 9: PRINT «правильно — 2»

COLOR 15, 9: CALL Keyb

CALL Text1

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT «Вспомните материал раздела 1 и определите расчетом для этих газов удельные»

LOCATE 5, 2: PRINT «газовые постоянные R если их молярные массы равны:»

LOCATE 6, 45: PRINT «1) mм = 0.017 кг/моль;»

LOCATE 7, 45: PRINT «2) mм = 0.034 кг/моль;»

LOCATE 8, 45: PRINT «3) mм = 0.032 кг/моль;»

DO WHILE L1 < 2

L1 = L1 + 1

LOCATE 6, 6: INPUT «Для сероводорода mм = «; mmS

NK = mmS * 1000

SELECT CASE NK

CASE 34

L1 = 0

EXIT DO

END SELECT

LOOP

DO WHILE L2 < 2

L2 = L2 + 1

LOCATE 7, 6: INPUT «Для аммиака mм = «; mmA

NK = mmA * 1000

SELECT CASE NK

CASE 17

L2 = 0

EXIT DO

END SELECT

LOOP

DO WHILE L3 < 2

L3 = L3 + 1

LOCATE 8, 6: INPUT «Для кислорода mм = «; mmK

NK = mmK * 1000

SELECT CASE NK

CASE 32

L3 = 0

EXIT DO

END SELECT

LOOP

LOCATE 10, 4: PRINT «Правильные значения, следующие для:»

LOCATE 11, 6: PRINT «1) Кислорода mм = 0.032 кг/моль, R = 259.8 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»; «»

LOCATE 12, 6: PRINT «2) Аммиака mм = 0.017 кг/моль, R = 489

Дж/(кг"; CHR$(250); «K)»; «»

LOCATE 13, 6: PRINT «2) Сероводорода mм = 0.034 кг/моль, R = 244.5 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»; «»

LOCATE 21, 4: PRINT «Вы освоили материал 1 раздела ?»

LOCATE 23, 26: PRINT «Назад -»: COLOR 10, 9: LOCATE 23, 34: PRINT «ESC»

LOCATE 23, 37: COLOR 15, 9: PRINT «, Продолжить -»: LOCATE 23, 52 COLOR 10, 9

PRINT «ENTER»

'Ожидание и проверка нажатия клавиш ENTER, ESC'

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(13)

EXIT DO

CASE CHR$(27)

GOTO Rasd2

END SELECT

LOOP

CALL Rmk

CALL Zadn2: CALL Tabl

LOCATE 14, 3: COLOR 15, 9

PRINT «Укажите массовую изохорную и изобарную теплоемкость, используя данные таблици»

LOCATE 15, 50: PRINT «1) — 858.8 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 16, 50: PRINT «2) — 220.5 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 17, 50: PRINT «3) — 171.7 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 18, 50: PRINT «4) — 1102.9 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 19, 50: PRINT «5) — 653.1 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

LOCATE 20, 50: PRINT «6) — 912.5 Дж/(кг»; CHR$(250); «K)»

DO WHILE J < 3

J = J + 1

Sum = 0

'Ввод для кислорода'

LOCATE 15, 6: COLOR 15, 9: PRINT «Для кислорода,»: LOCATE 16, 10 PRINT «mмCv:»

LOCATE 16, 25: INPUT K1

SELECT CASE K1

CASE 5

Sum = Sum + 1

END SELECT

LOCATE 17, 10: PRINT «mмCp:»: LOCATE 17, 25: INPUT K2

SELECT CASE K2

CASE 6

Sum = Sum + 1

END SELECT

LOCATE 16, 25: PRINT SPC (10);

LOCATE 17, 25: PRINT SPC (10);

'Ввод для аммиака'

LOCATE 15, 6: COLOR 15, 9: PRINT «Для аммиака, «: LOCATE 16, 10 PRINT «mмCv:»

LOCATE 16, 25: INPUT K3

SELECT CASE K3

CASE 3

Sum = Sum + 1

END SELECT

LOCATE 17, 10: PRINT «mмCp:»: LOCATE 17, 25: INPUT K4

SELECT CASE K4

CASE 2

Sum = Sum + 1