next up previous
Következő: A 12.22 feladat megoldása Fel: megoldsok Előző A 12.20 feladat megoldása

A 12.21 feladat megoldása

  Mivel a felszállás lassú, és a doboz hőszigetelt, a folyamatot kvázistacionáriusnak és adiabatikusnak tekinthetjük, azaz
displaymath15406
ahol g a gravitációs gyorsulás az adott magasságban, T pedig a dobozban lévő gáz hőmérséklete. A hőmérséklet változására S (T , g) idő szerinti deriválásával kapunk egyenletet:
 displaymath15414
Mivel a felszállás lassú, a tex2html_wrap_inline15416 és tex2html_wrap_inline15418 deriváltakat a pillanatnyi T és g értékek mellett kiszámolhatjuk:
displaymath15424
tex2html_wrap_inline15418-t kifejezhetjük a gáz dobozhoz viszonyított súlypontjának tex2html_wrap_inline15428 átlagos koordinátája segítségével:
displaymath15430

displaymath15432
ahol M a dobozban lévő gáz tömege.

Mivel tex2html_wrap_inline15436, ezért tex2html_wrap_inline15438 a következőképpen írható:
displaymath15440
Tudjuk, hogy tex2html_wrap_inline15442, és tex2html_wrap_inline15444, valamint a felszallás során tex2html_wrap_inline15446, tehát
displaymath15448
azaz a gáz hő mérséklete csökken.

Ugyanerre az eredményre jutunk a kovetkező meggondolásból is. A felszálláskor a gravitációs potenciál csökken, tehát a molekulák egyre egyenletesebben töltik be a dobozt. Ez azt jelenti, hogy a rendszer koordinátatérbeli rendezetlensége nő. Mivel az entrópia állandó, ez csak úgy történhet meg, hogy az impulzusterbeli rendezetlenség csökken, azaz a gáz lehűl.

12.21 feladat