9991

Решение уравнений, построение графиков и анимация в MathCad на примере исследования термодинамической системы. Задача о чашке кофе

Контрольная

Информатика, кибернетика и программирование

Решение уравнений построение графиков и анимация в MathCad на примере исследования термодинамической системы. Задача о чашке кофе Рассматривается пример исследования термодинамической системы в Mathcad. Постановка задачи и порядок выполнения работы описывается в соо

Русский

2013-03-19

42 KB

35 чел.

Решение уравнений, построение графиков и анимация в MathCad на примере исследования термодинамической системы.

Задача о чашке кофе

Рассматривается пример исследования термодинамической системы в Mathcad. Постановка задачи и порядок выполнения работы описывается в соответствующей обучающей программе. Студенты должны запустить Mathcad и обучающую программу «Чашка кофе». Разместить окна так, чтобы были видны обе программы. Следуя инструкциям обучающей программы студенты выполняют работу в Mathcad.

Для справки ниже приводятся: порядок выполнения работы, необходимые данные и пояснения. Они также содержатся и в обучающей программе.

Постановка задачи:

Кофе в термосе слишком горячий, чтобы его пить. Для того чтобы его остудить, добавили лед. Предположим следующее:

  •  процесс адиабатный
  •  кофе можно принять за чистую воду
  •  лед изначально взят при 0оС
  •  теплоемкость воды постоянна
  •  теплоемкостью термоса можно пренебречь

(а) Если термос вмещает 150г кофе с температурой 90оС и 20г льда, рассчитайте конечную температуру смеси,

(б) Если 200г льда добавить к 150г кофе с температурой 90оС, рассчитайте конечную температуру. Совет: если не весь лед растаял, найдите его количество.

(в) Вычислите изменение энтропии для процессов (а) и (б)

Основные понятия термодинамики:

  •  Количество теплоты Q— мера энергии, переходящей от одного тела к другому в процессе теплопередачи.

Количество теплоты Q измеряется в Джоулях (Дж) и является величиной скалярной. Q>0, если система получает тепло; Q<0, если система отдает тепло.

         

                                    

где T и T0 – начальная и конечная температуры нагрева;

С – удельная теплоемкость вещества

  •  Теплоемкость тела С– это физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества тепла ∆Q, полученного тела, к соответственному приращению его температуры ∆Т:

                                    

     Единица измерения теплоемкости С – Дж/К

  •  Молярная теплоемкость Сv — теплоемкость 1 моля данного вещества. Единицы измерения — Дж/(моль К).

  •  Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

                                                      ΔU = Q – A.

В адиабатическом процессе Q = 0

Исходные данные и обозначения:

масса кофе: mк

масса льда: mл

исходная температура кофе: Tк

температура таяния льда: Tл

молярная теплоемкость кофе(воды): Cк

теплота таяния льда: Qл

молярная масса воды: Mк

Построение модели процесса:

Рассмотрим I закон термодинамики.

В нашем случае он принимает вид:

   (1)

Реализация в MathCad

  1.  Задать исходные данные:    mк; mл; Tк; Tл; Cк; Qл; Mк

  1.  Записать уравнение (1), используя логическое равенство

  1.  Решить уравнение с помощью функции root, задав начальное приближение T=50К

  1.  Перевести полученную температуру в градусы Цельсия

  1.  Найти температуру T смеси при добавлении 200г льда

  1.  При добавлении 200г льда температура Т смеси оказалась ниже температуры замерзания, значит, не весь лед растаял.

Найдите массу нерастаявшего льда. Для этого определите массу растаявшего льда Mл (подсказка: необходимо решить уравнение (1) относительно mл),

а затем массу нерастаявшего по формуле: mл – Mл

  1.  Постройте график зависимости температуры смеси от массы добавляемого льда. Для этого запишите решение уравнения (1) относительно Т как функцию от mл.
  2.  Создайте анимацию.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62748. Закладка 17.43 KB
  Оборудования для учителя: этапы изготовления закладки. Возможно вы удивитесь но история закладки довольно древняя. Древнеегипетские писцы уже придумали прототип закладки они приклеивали на свитки кусочки папируса.
62749. Топливная промышленность 20 KB
  Учащиеся высказывают собственное мнение. Учащиеся самостоятельно составляют план и сопоставляют с планом на слайде. Своими вопросами учитель добивается того чтобы учащиеся смогли схематично составить структуру.
62750. Работа с бумагой. Складывание «Рыбки» 18.68 KB
  Цель урока: познакомить с искусством складывания бумаги оригами на примере выполнения рыбки. Задачи: а образовательные: формировать навыки сгибания складывания бумаги дать понятие оригами...
62751. Аппликация ракета 17.34 KB
  У ракеты есть водитель Невесомости любитель. Детали ракеты лучше делать яркого цвета. Части ракеты лучше приклеивать на картон темного цвета. Сначала приклеим основную часть потом треугольникэто будет верх нашей ракеты а потом крылья ракеты и иллюминаторы.
62753. Конструирование и плетение из бумаги 12.33 KB
  Учитель объясняет как правильно выполнить корзинку Дети слушают. Учитель параллельно и показывает это всё на кавадрате. На доске висит инструкционная карта Учитель ходит помогает если у когото не получается.
62754. Ліплення овочів з пластеліну 19.43 KB
  Наочність: Малюнки та ілюстрації овочів виліплені овочі з пластиліну. Тип уроку: Практичний по виліпленню овочів з пластиліну. Цибуля Діти а як одним словом можна назвати слова відгадки Овочі Які ви ще знаєте овочі...
62755. Новогодняя игрушка «Собачка» 21.32 KB
  Прежде чем начать работу правильно приготовь рабочее место. Кончил работу аккуратно убери рабочее место. Составление плана С чего начнете работу Что будете делать потом Что дальше Пословица да доске.
62756. Практична політологія. Політичний менеджмент та політичний маркетинг 37.2 KB
  Річ у тім що постійне ускладнення процесів політичного розвитку зростання ролі засобів масової інформації в суспільному житті значно посилили суспільну увагу до практичних аспектів політологічних знань.