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

58468. Тварини. Прикметники 3.05 MB
  It teaches subject/verb agreement for the most important verb in English, making plurals by adding -s, dropping the article a in the plural, and that adjectives are not inflected.
58469. Шкільне приладдя 2.29 MB
  There are two cats on the picture. There are two flowers on the picture. There are two dogs on the picture. There are two girls on the picture. There are two boys on the picture. There are two books on the picture.
58470. Sport. Повторить грамматический материал Do/Does 69.5 KB
  Sport is fun for girls and boys, It’s much better than toys. You can sledge and ski and skate And throw snowballs with Kate. You can swim and play football, Hockey, tennis, and basketball. You can jump and you can run, You can have a lot of fun.
58472. Listening 85.5 KB
  But before we start our theme let’s find and match antonyms here (в презентации появляются слова, которые облегчат обучающимся понять смысл текста, они должны их просто назвать и соединить вместе: sell, buy, fresh, stale, young, old, always, expensive, cheap, never, finish, begin.
58473. SCHOOLS IN BRITAIN 330.9 KB
  Listen to the dialogue about a typical day at American school and answer the questions. Alice. Ostap, would you like to school with me tomorrow? Ostap. Sure. I have never been in an American school, what is the typical day like at school? Alice. Well, first we go to our homeroom class.
58474. Tolerance 58 KB
  Please open you work book at page fifty six exercise 1. Here you should fill in the gaps using these words: against, according to, of, without. I think 3 minutes on this work. Когда сделали, говорю: please read it one by one and then we will check the answers...
58475. Двомембранні органели і мітохондрії і пластиди. Фотосинтез, дихання 35.5 KB
  Мета: познайомити з будовою та функціями двомембранних органел: мітохондріями та пластидами, фазами мітозу, з клітинним циклом, поняттями, каріотип, фотосинтез, дихання, мітохондрія, хлоропласт, хемосинтез з процесами фотосинтезу та дихання, вчити порівнювати ці два процеси між собою...
58476. Урок биологии 165 KB
  Подготовка учителя к урокам. Постановка цели урока. Структура урока этапы комбинированного урока. Проведение урока биологии Перспективное и поурочное планирование Основой для планирования учебно-воспитательного образовательного процесса по биологии является анализ существующих нормативных требований программ учебных и дидактических пособий и опыта педагогической деятельности учителя.