11 Voorbeelde van vrae oor die toepassing van die eerste wet van termodinamika op verskeie termodinamiese prosesse (isobaries, isotermies, isochories)
1. Die grafiek hieronder toon die termodinamiese siklus wat 'n gas ervaar. Die werk wat deur die gas in proses ABCD verrig word, is…
Bespreking
Is bekend :
Druk 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Druk 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Deel 1 (V1) = 1 m3
Deel 2 (V2) = 3 m3
Gevra Die werk wat deur die gas in die ABCD-siklusproses verrig word
Jawab :
Arbeid verrig deur gas = oppervlakte van reghoek ABCD.
W = (P2 - Bl1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105) (2)
B = 4 x 105 Joule
Die werk wat deur die gas in die ABCD-siklusproses verrig word, is 4 x 105 Joule.
2. Die werk wat deur die gas in die ABC-siklusproses verrig word, is…
Bespreking
Is bekend :
Druk 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Druk 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Deel 1 (V1) = 20cm3 = 20 x 10-6 m3
Deel 2 (V2) = 60cm3 = 60 x 10-6 m3
Gevra Werk verrig deur gas in die ABC-siklusproses
Jawab :
Arbeid verrig deur gas = oppervlakte van driehoek ABCD.
W = ½ (P2 - Bl1)(V2 - V1)
B = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
B = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
B = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (12 Joule)
W = 6 Joule
Die werk wat deur die gas in die ABC-siklusproses verrig word, is 6 Joule.
3. 'n Grafiek van druk (P) teenoor volume (V) van 'n gas in 'n geslote ruimte. Die deel van die grafiek wat wys dat die gas werk op die omgewing doen, is...
Bespreking
Proses AB en proses DC is isobariese prosesse. Proses AD en proses BC is isochoriese prosesse.
Die gas verrig werk op die omgewing as die gas uitbrei sodat die volume van die ruimte wat deur die gas beset word, toeneem (GS-proses). Die omgewing verrig werk op die gas as die gas saamtrek sodat die volume van die ruimte wat deur die gas beset word, afneem (GS-proses).
4. Alle ideale gasse ondergaan 'n isochoriese proses, so...
A. alle molekules het dieselfde spoed
B. by hoë temperature is die gemiddelde spoed van molekules groter
C. gasdruk bly konstant
D. die gas sal werk doen
E. het geen interne energie nie
Bespreking
Isochories = konstante volume.
Die korrekte antwoord is B.
5. 'n Hoeveelheid ideale gas word deur 'n termodinamiese proses van toestand 1 na toestand 2 saamgepers soos getoon in die volgende PV-grafiek. Die werk wat deur die gas verrig word, is...
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
O. 90 J
Bespreking
1 liter = 0,001 m³
Dit is bekend dat :
Druk² (P² ) = 10 kPa = 20 000 Pa = 20 000 N/ m²
Druk² (P² ) = 20 kPa = 20 000 Pa = 20 000 N/ m²
Volume 1 (V1 ) = 4 liter = 4 (0,001 m3 ) = 0,004 m3
Volume 2 (V2 ) = 10 liter = 10 (0,001 m3 ) = 0,010 m3
Gewenste : Arbeid (W) verrig deur die gas
Antwoord:
W = P(V2 – V1 ) + 1/2( P2 – P1 )( V2 – V1 )
W = 10 000 ( 0,010-0,004) + 1/2 (20 000-10 000) (0,010-0,004)
W = 10 000 (0,006) + 1/2 (10 000) (0,006)
W = 10 000 (6) + 1/2 (10 000) (6)
W = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 Joule
Die korrekte antwoord is E.
6. Kyk na die PV-diagram aan die kant!
Die werk wat in een siklus in die termodinamiese proses geproduseer word, is…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Bespreking
Dit is bekend dat :
Druk² (P² ) = 1 x 10³ Pa = 1 x 10³ N / m²
Druk² (P² ) = 3 x 10³ Pa = 3 x 10³ N / m²
Volume 1 (V1 ) = 2 m3
Volume 2 (V2 ) = 4 m3
Gevra : Werk (W) gegenereer.
Antwoord :
Die arbeid verrig = area van die vierhoek abcd.
W = (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = (3 x 10 5 – 1 x 10 5 )(4 – 2)
W = (2 x 10⁻⁴ ) (2)
W = 4 x 10⁶ Joule
W = 400.000 Joule
W = 400 kilojoule
Die korrekte antwoord is D.
7. 'n Ideale gas ondergaan 'n proses soos getoon in die PV-diagram aan die regterkant. Die arbeid wat in hierdie proses verrig word, is...
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
O. 6 J
Bespreking
Dit is bekend dat :
Druk² (P² ) = 1 N/ m²
Druk² (P² ) = 7 N/ m²
Volume 1 (V1 ) = 1 m3
Volume 2 (V2 ) = 5 m3
Gevra: Werk (W) gedoen.
Antwoord:
Arbeid verrig = oppervlakte van driehoek ABC.
W = ½ (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
W = ½ ( 6 )( 4 )
W = ½ (24)
W = 12 Joule
Die korrekte antwoord is D.
8. 0,02 mol van 'n monoatomiese gas teen 350 K is in 'n geslote houer. Hoeveel hitte is nodig om die temperatuur van die gas tot 400 K te verhoog? Die universele gaskonstante, R = 8,31 J mol-1 K-1.
A. 10 Joule
B. 12,5 Joule
C. 14 Joule
D. 15,5 Joule
E. 17 Joule
Bespreking:
Is bekend :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Gevra :
Hitte (Q) ?
Jawab :
In 'n isochoriese proses (konstante volume), Q = delta U
Beskrywing: Q = hitte, delta U = verandering in interne energie, U = interne energie
9. Twee mol monoatomiese gas teen 'n temperatuur van 20 oC en druk 2 × 105 Pa ondergaan 'n isochoriese proses totdat die druk 4 × 10 word5 Pa. As die universele gaskonstante = 8,31 J/mol K is, dan is die verandering in interne energie van die gas…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
O. 1208 J
Bespreking:
Is bekend :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Gevra :
Verandering in interne energie (delta U)?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Graaf T2 gebruik eers die Gay-Lussac se wetformule (konstante volume)
10. Die deel van die druk (P) – volume (V) grafiek wat wys dat die gas wat eksterne arbeid ontvang, is...
A. AB
B. CD
C. v.C.
D. DA
E. AC
Bespreking :
As arbeid aan die gas verrig word, neem die volume daarvan toe. Omgekeerd, as arbeid vanaf 'n eksterne bron aan die gas verrig word, neem die volume daarvan af. Die proses wat in die grafiek hierbo getoon word wat die afname in gasvolume toon, is proses CD.
So die korrekte antwoord is B.
11. Die grafieke hieronder toon die verband tussen druk (P) en volume (V) van gas wat 'n proses ondergaan.
Die proses wat die grootste moeite lewer, word in grafiek nommer ... getoon.
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Bespreking :
Die arbeid verrig = die area. Hoe groter die area, hoe groter die arbeid verrig. Die grootste area word in grafiek 3 getoon.
Die korrekte antwoord is C.
