﻿

# mvc display pdf in browser : Convert pdf to html open source application SDK tool html wpf .net online doc-3-pdf-67a5de9fa89738da0c6835ef457b5878-original62-part313

problems
585
air, Avogadro’s number of molecules has mass 28.9 g.
Calculate the mass of one cubic meter of air. (c) State
how this result compares with the tabulated density of
air at 20.08C.
34. Use the definition of Avogadro’s number to find the
mass of a helium atom.
35. A popular brand of cola contains 6.50 g of carbon diox-
ide dissolved in 1.00 L of soft drink. If the evaporating
carbon dioxide is trapped in a cylinder at 1.00 atm and
20.0°C, what volume does the gas occupy?
36. In state-of-the-art vacuum systems, pressures as low as
1.003 1029 Pa are being attained. Calculate the num-
ber of molecules in a 1.00-m3 vessel at this pressure
and a temperature of 27.08C.
37. An automobile tire is inflated with air originally at
10.08C and normal atmospheric pressure. During the
process, the air is compressed to 28.0% of its original
volume and the temperature is increased to 40.08C.
(a) What is the tire pressure? (b) After the car is driven
at high speed, the tire’s air temperature rises to 85.08C
and the tire’s interior volume increases by 2.00%. What
is the new tire pressure (absolute)?
38. Review. To measure how far below the ocean surface a
bird dives to catch a fish, a scientist uses a method origi-
nated by Lord Kelvin. He dusts the interiors of plastic
tubes with powdered sugar and then seals one end of
each tube. He captures the bird at nighttime in its nest
and attaches a tube to its back. He then catches the same
bird the next night and removes the tube. In one trial,
using a tube 6.50cm long, water washes away the sugar
over a distance of 2.70 cm from the open end of the tube.
Find the greatest depth to which the bird dived, assum-
ing the air in the tube stayed at constant temperature.
39. Review. The mass of a hot-air balloon and its cargo
(not including the air inside) is 200 kg. The air outside
is at 10.08C and 101 kPa. The volume of the balloon is
400m3. To what temperature must the air in the bal-
loon be warmed before the balloon will lift off? (Air
density at 10.08C is 1.244 kg/m3.)
40. A room of volume V contains air having equivalent
molar mass M (in g/mol). If the temperature of the
room is raised from T
1
to T
2
, what mass of air will leave
the room? Assume that the air pressure in the room is
maintained at P
0
.
41. Review. At 25.0 m below the surface of the sea, where
the temperature is 5.008C, a diver exhales an air bub-
ble having a volume of 1.00 cm3. If the surface tem-
perature of the sea is 20.08C, what is the volume of the
bubble just before it breaks the surface?
42. Estimate the mass of the air in your bedroom. State
the quantities you take as data and the value you mea-
sure or estimate for each.
43. A cook puts 9.00 g of water in a 2.00-L pressure cooker
that is then warmed to 5008C. What is the pressure
inside the container?
44. The pressure gauge on a cylinder of gas registers the
gauge pressure, which is the difference between the
W
M
BIO
M
AMT
S
W
S
is withdrawn and the temperature is raised to 75.08C,
what is the pressure of the gas remaining in the tank?
28. Your father and your younger brother are confronted
with the same puzzle. Your father’s garden sprayer and
your brother’s water cannon both have tanks with a
capacity of 5.00 L (Fig. P19.28). Your father puts a neg-
ligible amount of concentrated fertilizer into his tank.
They both pour in 4.00 L of water and seal up their
tanks, so the tanks also contain air at atmospheric
pressure. Next, each uses a hand-operated pump to
inject more air until the absolute pressure in the tank
reaches 2.40 atm. Now each uses his device to spray
out water—not air—until the stream becomes feeble,
which it does when the pressure in the tank reaches
1.20 atm. To accomplish spraying out all the water,
each finds he must pump up the tank three times.
Here is the puzzle: most of the water sprays out after
the second pumping. The first and the third pumping-
up processes seem just as difficult as the second but
result in a much smaller amount of water coming out.
Account for this phenomenon.
Figure P19.28
29. Gas is contained in an 8.00-L vessel at a temperature of
20.08C and a pressure of 9.00 atm. (a) Determine the
number of moles of gas in the vessel. (b) How many
molecules are in the vessel?
30. A container in the shape of a cube 10.0 cm on each edge
contains air (with equivalent molar mass 28.9 g/mol)
at atmospheric pressure and temperature 300 K. Find
(a)the mass of the gas, (b) the gravitational force
exerted on it, and (c) the force it exerts on each face of
the cube. (d) Why does such a small sample exert such
a great force?
31. An auditorium has dimensions 10.0 m 3 20.0 m 3
30.0m. How many molecules of air fill the auditorium
at 20.08C and a pressure of 101 kPa (1.00 atm)?
32. The pressure gauge on a tank registers the gauge pres-
sure, which is the difference between the interior pres-
sure and exterior pressure. When the tank is full of
oxygen (O
2
), it contains 12.0 kg of the gas at a gauge
pressure of 40.0atm. Determine the mass of oxygen
that has been withdrawn from the tank when the pres-
sure reading is 25.0 atm. Assume the temperature of
the tank remains constant.
33. (a) Find the number of moles in one cubic meter of an
ideal gas at 20.08C and atmospheric pressure. (b) For
Q/C
W
Q/C
M
M
Q/C
Convert pdf to html open source - Convert PDF to html files in C#.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF application
How to Convert PDF to HTML Webpage with C# PDF Conversion SDK
convert pdf to web; convert pdf to html online
Convert pdf to html open source - VB.NET PDF Convert to HTML SDK: Convert PDF to html files in vb.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF application
PDF to HTML Webpage Converter SDK for VB.NET PDF to HTML Conversion
convert pdf to html email; convert pdf to html with
586
chapter 19 temperature
important that the pressure of the gas never fall below
0.850 atm so that the piston will support a delicate
and very expensive part of the apparatus. Without
such support, the delicate apparatus can be severely
damaged and rendered useless. When the design is
turned into a working prototype, it operates perfectly.
51. A mercury thermometer
is constructed as shown in
Figure P19.51. The Pyrex
glass capillary tube has a
diameter of 0.004 00 cm,
and the bulb has a diam-
eter of 0.250 cm. Find
the change in height of
the mercury column that
occurs with a temperature
change of 30.08C.
52. A liquid with a coefficient
of volume expansion b
just fills a spherical shell of volume V (Fig. P19.51). The
shell and the open capillary of area A projecting from
the top of the sphere are made of a material with an
average coefficient of linear expansion a. The liquid
is free to expand into the capillary. Assuming the tem-
perature increases by DT, find the distance Dh the liq-
uid rises in the capillary.
53. Review. An aluminum pipe is open at both ends and
used as a flute. The pipe is cooled to 5.008C, at which
its length is 0.655 m. As soon as you start to play it, the
pipe fills with air at 20.08C. After that, by how much
does its fundamental frequency change as the metal
rises in temperature to 20.08C?
54. Two metal bars are made
of invar and a third bar
08C, each of the three bars
is drilled with two holes
40.0 cm apart. Pins are put
through the holes to assem-
ble the bars into an equi-
lateral triangle as in Figure
P19.54. (a) First ignore the
expansion of the invar. Find
the angle between the invar bars as a function of Celsius
temperature. (b) Is your answer accurate for negative as
well as positive temperatures? (c) Is it accurate for 08C?
(d) Solve the problem again, including the expansion
of the invar. Aluminum melts at 6608C and invar at
1 4278C. Assume the tabulated expansion coefficients
are constant. What are (e) the greatest and (f) the
smallest attainable angles between the invar bars?
55. A student measures the length of a brass rod with a
steel tape at 20.08C. The reading is 95.00 cm. What will
the tape indicate for the length of the rod when the
rod and the tape are at (a) 215.08C and (b) 55.08C?
56. The density of gasoline is 730 kg/m3 at 08C. Its average
coefficient of volume expansion is 9.60 3 1024 (8C)21.
Assume 1.00 gal of gasoline occupies 0.003 80 m3.
T
i
+ ∆T
h
A
T
i
Figure P19.51
Problems 51 and 52.
M
S
AMT
Invar
40.0 cm
Aluminum
Figure P19.54
Q/C
interior pressure and the exterior pressure P
0
. Let’s
call the gauge pressure P
g
. When the cylinder is full,
the mass of the gas in it is m
i
at a gauge pressure of
P
gi
. Assuming the temperature of the cylinder remains
constant, show that the mass of the gas remaining in the
cylinder when the pressure reading is P
gf
is given by
m
f
5m
i
a
P
gf
1P
0
P
gi
1P
0
b
45. Long-term space missions require reclamation of the
oxygen in the carbon dioxide exhaled by the crew. In
one method of reclamation, 1.00 mol of carbon diox-
ide produces 1.00 mol of oxygen and 1.00 mol of meth-
ane as a byproduct. The methane is stored in a tank
under pressure and is available to control the attitude
of the spacecraft by controlled venting. A single astro-
naut exhales 1.09 kg of carbon dioxide each day. If
the methane generated in the respiration recycling of
three astronauts during one week of flight is stored in
an originally empty 150-L tank at 245.0°C, what is the
final pressure in the tank?
46. A steel beam being used in the construction of a sky-
scraper has a length of 35.000 m when delivered on
a cold day at a temperature of 15.0008F. What is the
length of the beam when it is being installed later on a
warm day when the temperature is 90.0008F?
47. A spherical steel ball bearing has a diameter of 2.540
cm at 25.008C. (a) What is its diameter when its tem-
perature is raised to 100.08C? (b) What temperature
change is required to increase its volume by 1.000%?
48. A bicycle tire is inflated to a gauge pressure of 2.50
atm when the temperature is 15.08C. While a man
rides the bicycle, the temperature of the tire rises
to 45.08C. Assuming the volume of the tire does not
change, find the gauge pressure in the tire at the
higher temperature.
49. In a chemical processing plant, a reaction chamber of
fixed volume V
0
is connected to a reservoir chamber of
fixed volume 4V
0
by a passage containing a thermally
insulating porous plug. The plug permits the cham-
bers to be at different temperatures. The plug allows
gas to pass from either chamber to the other, ensuring
that the pressure is the same in both. At one point in
the processing, both chambers contain gas at a pres-
sure of 1.00 atm and a temperature of 27.0°C. Intake
and exhaust valves to the pair of chambers are closed.
The reservoir is maintained at 27.0°C while the reac-
tion chamber is heated to 400°C. What is the pressure
in both chambers after that is done?
50. Why is the following situation impossible? An apparatus is
designed so that steam initially at T 5 1508C, P 5
1.00 atm, and V 5 0.500 m3 in a piston–cylinder appa-
ratus undergoes a process in which (1) the volume
remains constant and the pressure drops to 0.870 atm,
followed by (2) an expansion in which the pressure
remains constant and the volume increases to 1.00 m3
followed by (3) a return to the initial conditions. It is
BIO
C# PDF Text Extract Library: extract text content from PDF file in
it is feasible for users to extract text content from source PDF document file the following C# example code for text extraction from PDF page Open a document
adding pdf to html page; conversion pdf to html
VB.NET PDF Annotate Library: Draw, edit PDF annotation, markups in
Decode source PDF document file into an in-memory object, namely 2.pdf" Dim outputFilePath As String = Program.RootPath + "\\" Annot_8.pdf" ' open a PDF file
convert pdf into html file; convert pdf form to html
problems
587
each dimension increases according to Equation 19.4,
where a is the average coefficient of linear expansion.
(a)Show that the increase in area is DA 5 2aA
i
DT
(b) What approximation does this expression assume?
62. The measurement of the average coefficient of volume
expansion b for a liquid is complicated because the con-
tainer also changes size with temperature. Figure P19.62
shows a simple means for measuring b despite the
expansion of the container. With this apparatus, one
arm of a U-tube is maintained at 08C in a water–ice
bath, and the other arm is maintained at a different
temperature T
C
in a constant-temperature bath. The
connecting tube is hori-
zontal. A difference in
the length or diameter
of the tube between
the two arms of the
U-tube has no effect on
the pressure balance
at the bottom of the
tube because the pres-
sure depends only on
the depth of the liquid.
Derive an expression for
b for the liquid in terms
of h
0
h
t
, and T
C
.
63. A copper rod and a steel rod are different in length by
5.00 cm at 08C. The rods are warmed and cooled
together. (a) Is it possible that the length difference
remains constant at all temperatures? Explain. (b) If
so, describe the lengths at 08C as precisely as you can.
Can you tell which rod is longer? Can you tell the
lengths of the rods?
64. A vertical cylinder of cross-
sectional area A is fitted with a
tight-fitting, frictionless piston
of mass m (Fig.P19.64). The
piston is not restricted in its
motion in any way and is sup-
ported by the gas at pressure P
below it. Atmospheric pressure
is P
0
. We wish to find the height
h in Figure P19.64.  (a) What
analysis model is appropriate to
describe the piston? (b) Write
an appropriate force equation
for the piston from this analy-
sis model in terms of PP
0
m,
A, and g. (c) Suppose n moles of
an ideal gas are in the cylinder at a temperature of T.
Substitute for P in your answer to part (b) to find the
height h of the piston above the bottom of the cylinder.
65. Review. Consider an object with any one of the
shapes displayed in Table 10.2. What is the percentage
increase in the moment of inertia of the object when
it is warmed from 08C to 1008C if it is composed of
(a) copper or (b) aluminum? Assume the average lin-
ear expansion coefficients shown in Table 19.1 do not
vary between 08C and 1008C. (c)Why are the answers
for parts (a) and (b) the same for all the shapes?
h
t
h
0
Constant-
temperature
bath at T
C
Water–ice
bath at 0°C
Figure P19.62
S
Q/C
h
A
m
Gas
Figure P19.64
AMT
GP
S
Q/C
How many extra kilograms of gasoline would you
receive if you bought 10.0gal of gasoline at 08C rather
than at 20.08C from a pump that is not temperature
compensated?
57. A liquid has a density r. (a) Show that the fractional
change in density for a change in temperature DT is
Dr/r5 2b DT. (b) What does the negative sign signify?
(c) Fresh water has a maximum density of 1.000 0 g/cm3
at 4.08C. At 10.08C, its density is 0.999 7 g/cm3. What is
b for water over this temperature interval? (d) At 08C,
the density of water is 0.999 9 g/cm3. What is the value
for b over the temperature range 08C to 4.008C?
58. (a) Take the definition of the coefficient of volume
expansion to be
b5
1
V
dV
dT
`
P5constant
5
1
V
'V
'T
Use the equation of state for an ideal gas to show that
the coefficient of volume expansion for an ideal gas at
constant pressure is given by b 5 1/T, where T is the
absolute temperature. (b) What value does this expres-
sion predict for b at 08C? State how this result com-
pares with the experimental values for (c) helium and
(d) air in Table 19.1. Note: These values are much larger
than the coefficients of volume expansion for most liq-
uids and solids.
59. Review. A clock with a brass pendulum has a period of
1.000 s at 20.08C. If the temperature increases to 30.08C,
(a) by how much does the period change and (b) how
much time does the clock gain or lose in one week?
60. A bimetallic strip of length L is made
of two ribbons of different metals
bonded together. (a) First assume
the strip is originally straight. As the
strip is warmed, the metal with the
greater average coefficient of expan-
sion expands more than the other,
forcing the strip into an arc with
the outer radius having a greater
circumference (Fig.P19.60). Derive
an expression for the angle of bending u as a function
of the initial length of the strips, their average coeffi-
cients of linear expansion, the change in temperature,
and the separation of the centers of the strips (Dr 5
r
2
r
1
). (b) Show that the angle of bending decreases
to zero when DT decreases to zero and also when the
two average coefficients of expansion become equal.
(c) What If? What happens if the strip is cooled?
61. The rectangular plate shown in Figure P19.61 has an
area A
i
equal to ,w. If the temperature increases by DT
Q/C
Q/C
r
2
r
1
u
Figure P19.60
S
Q/C
Q/C
 + ∆
T
i
TT
i
+ ∆T
w + ∆w
w
Figure P19.61
C# PDF File Merge Library: Merge, append PDF files in C#.net, ASP.
Description: Combine the source PDF streams into one PDF file and save it to a new PDF file on the disk. Parameters: Name, Description, Valid Value.
how to convert pdf into html; how to change pdf to html
C# PDF Page Extract Library: copy, paste, cut PDF pages in C#.net
Online C# source code for extracting, copying and pasting PDF The portable document format, known as PDF document, is of file that allows users to open & read
convert pdf into html online; best pdf to html converter online
588
chapter 19 temperature
copper to be 11.0 3 1010 N/m2. At this lower tempera-
ture, find (a) the tension in the wire and (b) the x coor-
dinate of the junction between the wires.
73. Review. A steel guitar string with a diameter of 1.00 mm
is stretched between supports 80.0 cm apart. The tem-
perature is 0.08C. (a) Find the mass per unit length of
this string. (Use the value 7.86 3 103 kg/m3 for the den-
sity.) (b)The fundamental frequency of transverse
oscillations of the string is 200 Hz. What is the tension
in the string? Next, the temperature is raised to 30.08C.
Find the resulting values of (c) the tension and (d) the
fundamental frequency. Assume both the Young’s mod-
ulus of 20.0 3 1010N/m2 and the average coefficient of
expansion a 5 11.0 3 1026 (8C)21 have constant values
between 0.08C and 30.08C.
74. A cylinder is closed by
a piston connected to
a spring of constant
2.003 103 N/m (see
Fig. P19.74). With the
spring relaxed, the
cylinder is filled with
5.00 L of gas at a pres-
sure of 1.00 atm and a
temperature of 20.08C.
(a)If the piston has a
cross- sectional area of
0.010 0m2 and negli-
gible mass, how high
will it rise when the
temperature is raised
to 2508C? (b) What is
the pressure of the gas at 2508C?
75. Helium gas is sold in steel tanks that will rupture if sub-
jected to tensile stress greater than its yield strength of
5 3 108 N/m2. If the helium is used to inflate a balloon,
could the balloon lift the spherical tank the helium
came in? Justify your answer. Suggestion: You may con-
sider a spherical steel shell of radius r and thickness t
having the density of iron and on the verge of breaking
apart into two hemispheres because it contains helium
at high pressure.
76. A cylinder that has a 40.0-cm radius and is 50.0 cm
deep is filled with air at 20.08C and 1.00 atm (Fig.
P19.76a). A 20.0-kg piston is now lowered into the cyl-
inder, compressing the air trapped inside as it takes
equilibrium height h
i
(Fig. P19.76b). Finally, a 25.0-kg
dog stands on the piston, further compressing the air,
which remains at 208C (Fig.P19.76c). (a) How far down
k
h
= 20.0°C
= 250°C
Figure P19.74
W
Q/C
66. (a) Show that the density of an ideal gas occupying a
volume V is given by r 5 PM/RT, where M is the molar
mass. (b) Determine the density of oxygen gas at atmo-
spheric pressure and 20.08C.
67. Two concrete spans of
a 250-m-long bridge
are placed end to
end so that no room
is allowed for expan-
sion (Fig.P19.67a). If a
temperature increase
of 20.08C occurs,
what is the height y
to which the spans
rise when they buckle
(Fig. P19.67b)?
68. Two concrete spans
that form a bridge
of length L are placed end to end so that no room is
allowed for expansion (Fig.P19.67a). If a temperature
increase of DT occurs, what is the height y to which the
spans rise when they buckle (Fig. P19.67b)?
69. Review. (a) Derive an expression for the buoyant force
on a spherical balloon, submerged in water, as a func-
tion of the depth h below the surface, the volume V
i
of
the balloon at the surface, the pressure P
0
at the sur-
face, and the density r
w
of the water. Assume the water
temperature does not change with depth. (b) Does the
buoyant force increase or decrease as the balloon is sub-
merged? (c) At what depth is the buoyant force one-
half the surface value?
70. Review. Following a collision in outer space, a copper
disk at 8508C is rotating about its axis with an angular
its temperature falls to 20.08C. No external torque acts
on the disk. (a) Does the angular speed change as the
disk cools? Explain how it changes or why it does not.
(b) What is its angular speed at the lower temperature?
71. Starting with Equation 19.10, show that the total pres-
sure P in a container filled with a mixture of several
ideal gases is P 5 P
1
P
2
P
3
1
. . .
, where P
1
P
2
. . .
are the pressures that each gas would exert if it alone
filled the container. (These individual pressures are
called the partial pressures of the respective gases.) This
result is known as Dalton’s law of partial pressures.
Challenge Problems
72. Review. A steel wire and a copper wire, each of diameter
2.000 mm, are joined end to end. At 40.08C, each has
an unstretched length of 2.000 m. The wires are con-
nected between two fixed supports 4.000 m apart on
a tabletop. The steel wire extends from x 5 22.000 m
to x 5 0, the copper wire extends from x 5 0 to x 5
2.000 m, and the tension is negligible. The temperature
is then lowered to 20.08C. Assume the average coeffi-
cient of linear expansion of steel is 11.0 3 1026 (8C)21
and that of copper is 17.0 3 1026 (8C)21. Take Young’s
modulus for steel to be 20.0 3 1010 N/m2 and that for
T
250 m
T + 20°C
y
a
b
Figure P19.67
Problems 67 and 68.
S
S
AMT
Q/C
50.0 cm
h
i
h
a
b
c
Figure P19.76
C# Create PDF from OpenOffice to convert odt, odp files to PDF in
Convert OpenOffice Text Document to PDF with embedded fonts. to change ODT, ODS, ODP forms to fillable PDF formats in Visual Online source code for C#.NET class.
adding pdf to html; pdf to web converter
VB.NET PDF Convert to Word SDK: Convert PDF to Word library in vb.
addition, texts, pictures and font formatting of source PDF file are accurately retained in converted Word document file. Why do we need to convert PDF to Word
convert pdf to url; add pdf to website
problems
589
of the plate below the stationary line are moving down
relative to the roof and feel a force of kinetic friction
acting up the roof. Elements of area above the station-
ary line are sliding up the roof, and on them kinetic
friction acts downward parallel to the roof. The sta-
tionary line occupies no area, so we assume no force of
static friction acts on the plate while the temperature
is changing. The plate as a whole is very nearly in equi-
librium, so the net friction force on it must be equal to
the component of its weight acting down the incline.
(a)Prove that the stationary line is at a distance of
L
2
a12
tan u
m
k
b
below the top edge of the plate. (b) Analyze the forces
that act on the plate when the temperature is falling
and prove that the stationary line is at that same dis-
tance above the bottom edge of the plate. (c) Show that
the plate steps down the roof like an inchworm, mov-
ing each day by the distance
L
m
k
1a
2
2a
1
21T
h
2T
c
2 tan u
(d) Evaluate the distance an aluminum plate moves
each day if its length is 1.20 m, the temperature
cycles between 4.008C and 36.08C, and if the roof has
slope 18.5°, coefficient of linear expansion 1.50 3
1025 (8C)21, and coefficient of friction 0.420 with the
plate. (e) What If? What if the expansion coefficient
of the plate is less than that of the roof? Will the plate
creep up the roof?
79. A 1.00-km steel railroad rail is fastened securely at
both ends when the temperature is 20.08C. As the tem-
perature increases, the rail buckles, taking the shape
of an arc of a vertical circle. Find the height h of the
center of the rail when the temperature is 25.08C. (You
will need to solve a transcendental equation.)
(Dh) does the piston move when the dog steps onto it?
(b) To what temperature should the gas be warmed to
raise the piston and dog back to h
i
?
77. The relationship L 5 L
i
1 aL
i
DT is a valid approxi-
mation when a DT is small. If a DT is large, one must
integrate the relationship dL 5 aL dT to determine
the final length. (a)Assuming the coefficient of linear
expansion of a material is constant as L varies, deter-
mine a general expression for the final length of a rod
made of the material. Given a rod of length 1.00 m
and a temperature change of 100.08C, determine
the error caused by the approximation when (b)a 5
2.00 3 1025 (8C)21 (a typical value for a metal) and
(c) when a 5 0.020 0 (8C)21 (an unrealistically large
value for comparison). (d) Using the equation from
part (a), solve Problem 21 again to find more accurate
results.
78. Review. A house roof is a perfectly flat plane that
makes an angle u with the horizontal. When its temper-
ature changes, between T
c
before dawn each day and
T
h
in the middle of each afternoon, the roof expands
and contracts uniformly with a coefficient of thermal
expansion a
1
. Resting on the roof is a flat, rectangular
metal plate with expansion coefficient a
2
, greater than
a
1
. The length of the plate is L, measured along the
slope of the roof. The component of the plate’s weight
perpendicular to the roof is supported by a normal
force uniformly distributed over the area of the plate.
The coefficient of kinetic friction between the plate
and the roof is m
k
. The plate is always at the same tem-
perature as the roof, so we assume its temperature is
continuously changing. Because of the difference in
expansion coefficients, each bit of the plate is moving
relative to the roof below it, except for points along a
certain horizontal line running across the plate called
the stationary line. If the temperature is rising, parts
Q/C
C# Word - MailMerge Processing in C#.NET
da.Fill(data); //Open the document DOCXDocument document0 = DOCXDocument.Open( docFilePath ); int counter = 1; // Loop though all records in the data source.
convert pdf to web page; embed pdf into website
VB.NET PDF File Split Library: Split, seperate PDF into multiple
Separate source PDF document file by defined page range in VB.NET class application. Divide PDF file into multiple files by outputting PDF file size.
convert pdf fillable form to html; convert pdf into webpage
c h a p p t t e r
20
the First Law of
thermodynamics
590
In this photograph of the Mt. Baker
area near Bellingham, Washington,
we see evidence of water in all
three phases. In the lake is liquid
water, and solid water in the form
of snow appears on the ground. The
clouds in the sky consist of liquid
water droplets that have condensed
from the gaseous water vapor in the
air. Changes of a substance from
one phase to another are a result of
energy transfer.
(
iStockphoto.com/
KingWu)
Until about 1850, the fields of thermodynamics and mechanics were considered to be
two distinct branches of science. The principle of conservation of energy seemed to describe
only certain kinds of mechanical systems. Mid-19th-century experiments performed by
Englishman James Joule and others, however, showed a strong connection between the
transfer of energy by heat in thermal processes and the transfer of energy by work in
mechanical processes. Today we know that mechanical energy can be transformed to inter-
nal energy, which is formally defined in this chapter. Once the concept of energy was gener-
alized from mechanics to include internal energy, the principle of conservation of energy as
discussed in Chapter 8 emerged as a universal law of nature.
This chapter focuses on the concept of internal energy, the first law of thermodynamics,
and some important applications of the first law. The first law of thermodynamics describes
systems in which the only energy change is that of internal energy and the transfers of energy
are by heat and work. A major difference in our discussion of work in this chapter from that in
most of the chapters on mechanics is that we will consider work done on deformable systems.
20.1 Heat and Internal Energy
At the outset, it is important to make a major distinction between internal energy
and heat, terms that are often incorrectly used interchangeably in popular
language.
20.1 Heat and Internal Energy
20.2 Specific Heat
and Calorimetry
20.3 Latent Heat
20.4 Work and Heat in
Thermodynamic Processes
20.5 The First Law of
Thermodynamics
20.6 Some Applications of
the First Law of
Thermodynamics
20.7 Energy Transfer Mechanisms
in Thermal Processes
20.1 heat and Internal energy
591
Internal energy is all the energy of a system that is associated with its micro-
scopic components—atoms and molecules—when viewed from a reference
frame at rest with respect to the center of mass of the system.
The last part of this sentence ensures that any bulk kinetic energy of the system
due to its motion through space is not included in internal energy. Internal energy
includes kinetic energy of random translational, rotational, and vibrational motion
of molecules; vibrational potential energy associated with forces between atoms in
molecules; and electric potential energy associated with forces between molecules.
It is useful to relate internal energy to the temperature of an object, but this rela-
tionship is limited. We show in Section 20.3 that internal energy changes can also
occur in the absence of temperature changes. In that discussion, we will investi-
gate the internal energy of the system when there is a physical change, most often
related to a phase change, such as melting or boiling. We assign energy associated
with chemical changes, related to chemical reactions, to the potential energy term
in Equation 8.2, not to internal energy. Therefore, we discuss the chemical potential
energy in, for example, a human body (due to previous meals), the gas tank of a car
(due to an earlier transfer of fuel), and a battery of an electric circuit (placed in the
battery during its construction in the manufacturing process).
Heat is defined as a process of transferring energy across the boundary of a
system because of a temperature difference between the system and its sur-
roundings. It is also the amount of energy Q transferred by this process.
When you heat a substance, you are transferring energy into it by placing it in con-
tact with surroundings that have a higher temperature. Such is the case, for exam-
ple, when you place a pan of cold water on a stove burner. The burner is at a higher
temperature than the water, and so the water gains energy by heat.
Read this definition of heat (Q in Eq. 8.2) very carefully. In particular, notice
what heat is not in the following common quotes. (1) Heat is not energy in a hot sub-
stance. For example, “The boiling water has a lot of heat” is incorrect; the boiling
water has internal energy E
int
. (2) Heat is not radiation. For example, “It was so hot
because the sidewalk was radiating heat” is incorrect; energy is leaving the sidewalk
ER
in Equation 8.2. (3) Heat is not warmth of an envi-
ronment. For example, “The heat in the air was so oppressive” is incorrect; on a hot
day, the air has a high temperature T.
As an analogy to the distinction between heat and internal energy, consider the
distinction between work and mechanical energy discussed in Chapter 7. The work
done on a system is a measure of the amount of energy transferred to the system
from its surroundings, whereas the mechanical energy (kinetic energy plus poten-
tial energy) of a system is a consequence of the motion and configuration of the
system. Therefore, when a person does work on a system, energy is transferred from
the person to the system. It makes no sense to talk about the work of a system; one
can refer only to the work done on or by a system when some process has occurred
in which energy has been transferred to or from the system. Likewise, it makes no
sense to talk about the heat of a system; one can refer to heat only when energy has
been transferred as a result of a temperature difference. Both heat and work are
ways of transferring energy between a system and its surroundings.
Units of Heat
Early studies of heat focused on the resultant increase in temperature of a sub-
stance, which was often water. Initial notions of heat were based on a fluid called
caloric that flowed from one substance to another and caused changes in tempera-
ture. From the name of this mythical fluid came an energy unit related to ther-
mal processes, the calorie (cal), which is defined as the amount of energy transfer
Pitfall Prevention 20.1
Internal Energy, Thermal Energy,
other physics books, you may see
terms such as thermal energy and
bond energy. Thermal energy can
be interpreted as that part of the
internal energy associated with
random motion of molecules and
therefore related to temperature.
Bond energy is the intermolecular
potential energy. Therefore,
Internal energy 5
thermal energy 1 bond energy
Although this breakdown is pre-
sented here for clarification with
regard to other books, we will not
use these terms because there is
no need for them.
Pitfall Prevention 20.2
Heat, Temperature, and Internal
Energy Are Different As you read
the newspaper or explore the
used phrases including the word
heat and think about the proper
word to be used in place of heat.
Incorrect examples include “As
the truck braked to a stop, a large
amount of heat was generated by
friction” and “The heat of a hot
summer day . . . .”
592
chapter 20 the First Law of thermodynamics
necessary to raise the temperature of 1 g of water from 14.5°C to 15.5°C.1 (The
“Calorie,” written with a capital “C” and used in describing the energy content of
foods, is actually a kilocalorie.) The unit of energy in the U.S. customary system is
the British thermal unit (Btu), which is defined as the amount of energy transfer
required to raise the temperature of 1 lb of water from 63°F to 64°F.
Once the relationship between energy in thermal and mechanical processes
became clear, there was no need for a separate unit related to thermal processes.
The joule has already been defined as an energy unit based on mechanical pro-
cesses. Scientists are increasingly turning away from the calorie and the Btu and
are using the joule when describing thermal processes. In this textbook, heat, work,
and internal energy are usually measured in joules.
The Mechanical Equivalent of Heat
In Chapters 7 and 8, we found that whenever friction is present in a mechanical
system, the mechanical energy in the system decreases; in other words, mechani-
cal energy is not conserved in the presence of nonconservative forces. Various
experiments show that this mechanical energy does not simply disappear but is
transformed into internal energy. You can perform such an experiment at home
by hammering a nail into a scrap piece of wood. What happens to all the kinetic
energy of the hammer once you have finished? Some of it is now in the nail as
internal energy, as demonstrated by the nail being measurably warmer. Notice that
there is no transfer of energy by heat in this process. For the nail and board as a
nonisolated system, Equation 8.2 becomes DE
int
W 1 T
MW
, where W is the work
done by the hammer on the nail and T
MW
is the energy leaving the system by sound
waves when the nail is struck. Although this connection between mechanical and
internal energy was first suggested by Benjamin Thompson, it was James Prescott
Joule who established the equivalence of the decrease in mechanical energy and
the increase in internal energy.
A schematic diagram of Joule’s most famous experiment is shown in Figure 20.1.
The system of interest is the Earth, the two blocks, and the water in a thermally
insulated container. Work is done within the system on the water by a rotating pad-
dle wheel, which is driven by heavy blocks falling at a constant speed. If the energy
transformed in the bearings and the energy passing through the walls by heat are
neglected, the decrease in potential energy of the system as the blocks fall equals
the work done by the paddle wheel on the water and, in turn, the increase in inter-
nal energy of the water. If the two blocks fall through a distance h, the decrease
in potential energy of the system is 2mgh, where m is the mass of one block; this
energy causes the temperature of the water to increase. By varying the conditions
of the experiment, Joule found that the decrease in mechanical energy is propor-
tional to the product of the mass of the water and the increase in water tempera-
ture. The proportionality constant was found to be approximately 4.18 J/g ? °C.
Hence, 4.18 J of mechanical energy raises the temperature of 1 g of water by 1°C.
More precise measurements taken later demonstrated the proportionality to be
4.186 J/g ? °C when the temperature of the water was raised from 14.5°C to 15.5°C.
We adopt this “15-degree calorie” value:
1 cal 5 4.186 J
(20.1)
This equality is known, for purely historical reasons, as the mechanical equivalent
of heat. A more proper name would be equivalence between mechanical energy and
internal energy, but the historical name is well entrenched in our language, despite
the incorrect use of the word heat.
1Originally, the calorie was defined as the energy transfer necessary to raise the temperature of 1 g of water by 1°C.
Careful measurements, however, showed that the amount of energy required to produce a 1°C change depends
somewhat on the initial temperature; hence, a more precise definition evolved.
Thermal
insulator
The falling blocks rotate the
of the water to increase.
m
Figure 20.1
Joule’s experiment
for determining the mechanical
equivalent of heat.
James Prescott Joule
British physicist (1818–1889)
in mathematics, philosophy, and chem-
istry from John Dalton but was in large
part self-educated. Joule’s research led
to the establishment of the principle
of conservation of energy. His study
of the quantitative relationship among
electrical, mechanical, and chemi-
cal effects of heat culminated in his
announcement in 1843 of the amount
of work required to produce a unit of
energy, called the mechanical equiva-
lent of heat.
T
h
e
A
r
t
G
a
l
l
e
r
y
C
o
l
l
e
c
t
i
o
n
/
A
l
a
m
y
20.2 Specific heat and calorimetry
593
Example 20.1   Losing Weight the Hard Way
A student eats a dinner rated at 2 000 Calories. He wishes to do an equivalent amount of work in the gymnasium by
lifting a 50.0-kg barbell. How many times must he raise the barbell to expend this much energy? Assume he raises the
barbell 2.00 m each time he lifts it and he regains no energy when he lowers the barbell.
Conceptualize  Imagine the student raising the barbell. He is doing work on the system of the barbell and the Earth, so
energy is leaving his body. The total amount of work that the student must do is 2 000 Calories.
Categorize  We model the system of the barbell and the Earth as a nonisolated system for energy.
AM
SolUTIon
Analyze  Reduce the conservation of energy equa-
tion, Equation 8.2, to the appropriate expression
for the system of the barbell and the Earth:
(1)   DU
total
W
total
Express the change in gravitational potential energy
of the system after the barbell is raised once:
DU 5 mgh
Express the total amount of energy that must be
transferred into the system by work for lifting the
barbell n times, assuming energy is not regained
when the barbell is lowered:
(2)   DU
total
nmgh
Substitute Equation (2) into Equation (1):
nmgh 5 W
total
Solve for n:
Substitute numerical values:
n5
W
total
mgh
n5
1
2 000 Cal
2
1
50.0 kg
21
9.80 m/s
221
2.00 m
2
a
1.003103 cal
Calorie
ba
4.186 J
1 cal
b
8.54 3 103 times
Finalize  If the student is in good shape and lifts the barbell once every 5 s, it will take him about 12 h to perform this
feat. Clearly, it is much easier for this student to lose weight by dieting.
In reality, the human body is not 100% efficient. Therefore, not all the energy transformed within the body from
the dinner transfers out of the body by work done on the barbell. Some of this energy is used to pump blood and
perform other functions within the body. Therefore, the 2 000 Calories can be worked off in less time than 12 h when
these other energy processes are included.
20.2 Specific Heat and Calorimetry
When energy is added to a system and there is no change in the kinetic or potential
energy of the system, the temperature of the system usually rises. (An exception to
this statement is the case in which a system undergoes a change of state—also called
phase transition—as discussed in the next section.) If the system consists of a sam-
ple of a substance, we find that the quantity of energy required to raise the tempera-
ture of a given mass of the substance by some amount varies from one substance
to another. For example, the quantity of energy required to raise the temperature
of 1kg of water by 1°C is 4 186 J, but the quantity of energy required to raise the
temperature of 1 kg of copper by 1°C is only 387 J. In the discussion that follows, we
shall use heat as our example of energy transfer, but keep in mind that the tempera-
ture of the system could be changed by means of any method of energy transfer.
The heat capacity C of a particular sample is defined as the amount of energy
needed to raise the temperature of that sample by 1°C. From this definition, we see
that if energy Q produces a change DT in the temperature of a sample, then
Q 5 C DT
(20.2)
594
chapter 20 the First Law of thermodynamics
The specific heat c of a substance is the heat capacity per unit mass. Therefore,
if energy Q transfers to a sample of a substance with mass m and the temperature of
the sample changes by DT, the specific heat of the substance is
c;
Q
m DT
(20.3)
Specific heat is essentially a measure of how thermally insensitive a substance is to
the addition of energy. The greater a material’s specific heat, the more energy must
be added to a given mass of the material to cause a particular temperature change.
Table 20.1 lists representative specific heats.
From this definition, we can relate the energy Q transferred between a sample of
mass m of a material and its surroundings to a temperature change DT as
Q 5 mc DT
(20.4)
For example, the energy required to raise the temperature of 0.500 kg of water by
3.00°C is Q 5 (0.500 kg)(4 186 J/kg ? °C)(3.00°C) 5 6.28 3 103 J. Notice that when
the temperature increases, Q and DT are taken to be positive and energy trans-
fers into the system. When the temperature decreases, Q and DT are negative and
energy transfers out of the system.
We can identify mc DT as the change in internal energy of the system if we ignore
any thermal expansion or contraction of the system. (Thermal expansion or con-
traction would result in a very small amount of work being done on the system
by the surrounding air.) Then, Equation 20.4 is a reduced form of Equation 8.2:
DE
int
5 Q. The internal energy of the system can be changed by transferring energy
into the system by any mechanism. For example, if the system is a baked potato in
a microwave oven, Equation 8.2 reduces to the following analog to Equation 20.4:
DE
int
T
ER
mc DT, where T
ER
is the energy transferred to the potato from the
microwave oven by electromagnetic radiation. If the system is the air in a bicycle
pump, which becomes hot when the pump is operated, Equation 8.2 reduces to the
following analog to Equation 20.4: DE
int
W 5 mc DT, where W is the work done on
the pump by the operator. By identifying mc DT as DE
int
, we have taken a step toward
a better understanding of temperature: temperature is related to the energy of the
molecules of a system. We will learn more details of this relationship in Chapter 21.
Specific heat varies with temperature. If, however, temperature intervals are not too
great, the temperature variation can be ignored and c can be treated as a constant.2
Specific heat
Table 20.1
Specific Heats of Some Substances at 25°C
and Atmospheric Pressure
Specific Heat
Specific Heat
Substance
(J/kg ? °C)
Substance
(J/kg ? °C)
Elemental solids
Other solids
Aluminum
900
Brass
380
Beryllium
1 830
Glass
837
230
Ice (25°C)
2 090
Copper
387
Marble
860
Germanium
322
Wood
1 700
Gold
129
Liquids
Iron
448
Alcohol (ethyl)
2 400
128
Mercury
140
Silicon
703
Water (15°C)
4 186
Silver
234
Gas
Steam (100°C)
2 010
Note: To convert values to units of cal/g ? °C, divide by 4 186.
2The definition given by Equation 20.4 assumes the specific heat does not vary with temperature over the interval
DT 5 T
f
T
i
. In general, if c varies with temperature over the interval, the correct expression for Q is Q5m
e
T
f
T
i
c dT.
Pitfall Prevention 20.3
An Unfortunate Choice
of Terminology The name specific
heat is an unfortunate holdover
from the days when thermody-
namics and mechanics developed
separately. A better name would
be specific energy transfer, but the
existing term is too entrenched to
be replaced.
Pitfall Prevention 20.4
Energy Can Be Transferred
by Any Method The symbol Q
represents the amount of energy
transferred, but keep in mind that
the energy transfer in Equation
20.4 could be by any of the meth-
ods introduced in Chapter 8; it
does not have to be heat. For exam-
ple, repeatedly bending a wire coat
hanger raises the temperature at
the bending point by work.