ቴርሞዳይናሚክስ - ችግሮች እና መፍትሄዎች
1. ከታች ባለው ግራፍ PV ላይ በመመስረት፣ በ1 ሂደት ውስጥ በጋዙ የተሰራው ስራ እና በ2 ሂደት ውስጥ በጋዙ የተሰራው ስራ ጥምርታ ስንት ነው ?
የሚታወቅ፦
ሂደት 1፡
ግፊት (P) = 20 N/m 2
የመጀመሪያ መጠን (V1 ) = 10 ሊትር = 10 dm 3 = 10 x 10 -3 m 3
የመጨረሻው መጠን (V2 ) = 40 ሊትር = 40 dm 3 = 40 x 10 -3 m 3
ሂደት 2፡
ሂደት (P) = 15 N/m 2
የመጀመሪያ መጠን (V1 ) = 20 ሊትር = 20 dm 3 = 20 x 10 -3 m 3
የመጨረሻው መጠን (V2 ) = 60 ሊትር = 60 dm 3 = 60 x 10 -3 m 3
የሚፈለግ ፡ በጋዝ የተሰራው ስራ ጥምርታ
መፍትሔው
በሂደቱ ውስጥ በጋዝ የተሰራው ስራ፡
W = P ΔV = P ( V2 –V1 ) = (20)(40-10)(10 -3 ሜ 3 ) = (20)(30)(10 -3 ሜ 3 ) = (600)(10 -3 ሜ 3 ) = 0.6 ሜ 3
በሂደቱ II ውስጥ በጋዝ የተሰራው ስራ፡
W = P ΔV = P ( V2 –V1 ) = (15)(60-20)(10 -3 ሜ 3 ) = (15)(40)(10 -3 ሜ 3 ) = (600)(10 -3 ሜ 3 ) = 0.6 ሜ 3
በ1 ሂደት እና II ሂደት ውስጥ በጋዝ የተከናወነው ስራ ጥምርታ፡
0.6 ሜትር 3 ፡ 0.6 ሜትር 3
1: 1
2.
ከታች ባለው ግራፍ ላይ በመመስረት፣ በ AB ሂደት ውስጥ የሂሊየም ጋዝ የሚሰራው ስራ ምንድነው?
የሚታወቅ፦
ግፊት (P) = 2 x 10 5 N/m 2 = 2 x 10 5 ፓስካል
የመጀመሪያ መጠን (V1 ) = 5 ሴ.ሜ 3 = 5 x 10 -6 ሜ 3
የመጨረሻው መጠን (V2 ) = 15 ሴ.ሜ 3 = 15 x 10 -6 ሜ 3
ተፈላጊ ፡ በጋዝ የተሰራ ስራ በሂደት ላይ ያለ AB
መፍትሔው
ወ = ∆ፒ ∆ቪ
ወ = ፒ (ቪ 2 – ቪ 1 )
ወ = (2 x 10 5 )(15 x 10 -6 – 5 x 10 -6 )
ወ = (2 x 10 5 )(10 x 10 -6 ) = (2 x 10 5 )(1 x 10 -5 )
ወ = 2 ጁል
3.
ከታች ባለው ግራፍ ላይ በመመስረት፣ በሂደት AB ውስጥ የተከናወነው ስራ ምንድነው?
የሚታወቅ፦
የመጀመሪያ ግፊት (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
የመጨረሻ ግፊት (P2 ) = 6 Pa = 6 N/ m2
የመጀመሪያ መጠን (V1 ) = 2 ሜ 3
የመጨረሻ መጠን (V2 ) = 4 ሜ 3
ተፈላጊ ፡ ስራ ተከናውኗል እኔ አሂድ ab
መፍትሔው
በጋዝ የተሰራ ስራ = ከመጠምዘዝ በታች ያለው ቦታ ab
W = የሶስት ማዕዘን ስፋት + የአራት ማዕዘን ስፋት
ወ = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
ወ = ½ (2)(2) + 4(2)
ወ = 2 + 8
ወ = 10 ጁል
4. ከታች ባለው ግራፍ ላይ በመመስረት፣ በሂደት ላይ ያለው ABCA ስራ ምን ይመስላል?
መፍትሔው
ስራ (ወ) = የሶስት ማዕዘን ቦታ ABC
ዌ = ½ (20-10)(6 x 10 5 – 2 x 10 5 )
ወ = ½ (10)(4 x 10 5 )
ወ = (5)(4 x 10 5 )
ወ = 20 x 10 5
ወ = 2 x 10 6 ጁል
5. አንድ ሞተር በከፍተኛ ሙቀት 2000 ጁል ሙቀትን ይቀበላል እና በዝቅተኛ የሙቀት መጠን 1200 ጁል ሙቀትን ያጠፋል። የሞተሩ ውጤታማነት ምንድነው?
የሚታወቅ፦
የሙቀት ግብዓት (QH ) = 2000 ጁሎች
የሙቀት ውፅዓት (Q L ) = 1200 ጁሎች
በሞተር (W) የተሰራ ስራ = 2000 – 1200 = 800 ጁሎች
ተፈላጊ ፡ ቅልጥፍና (ሠ)
መፍትሔው
ኢ = ወ / ጥ ሸ
ኢ = 800/2000
ኢ = 0.4 x 100%
ኢ = 40%
6. አንድ ሞተር በ960 ኬልቪን ያለውን ሙቀት ይቀበላል እና ሞተሩ ደግሞ በ576 ኬልቪን ያለውን ሙቀት ያወጣል። የሞተሩ ውጤታማነት ምንድነው?
የሚታወቅ፦
ከፍተኛ ሙቀት (TH ) = 960 K
ዝቅተኛ የሙቀት መጠን (T L ) = 576 K
ተፈላጊ ፡ ቅልጥፍና (ሠ)
መፍትሔው
የካርኖት ሞተር ውጤታማነት = 0.4 x 100% = 40%
7. ከታች ባለው ግራፍ ላይ በመመስረት፣ ሞተሩ የሚሰራው ስራ 6000 ጁልስ ነው። በእያንዳንዱ ክብ ሞተሩ የሚወጣው ሙቀት ስንት ነው?
የሚታወቅ፦
ስራ (ወ) = 6000 ጁል
ከፍተኛ ሙቀት (TH ) = 800 ኬልቪን
ዝቅተኛ የሙቀት መጠን (T ) = 300 ኬልቪን
የሚፈለግ ፡ በሞተሩ የሚወጣው ሙቀት
መፍትሄ
ካርኖት (ተስማሚ) ውጤታማነት፡
በካርኖት ሞተር የሚወሰድ ሙቀት፤
ወ = e Q 1
6000 = (0.625) ጥ 1
ጥ 1 = 6000 / 0.625
ጥ 1 = 9600
በካርኖት ሞተር የሚወጣው ሙቀት፡
ጥ 2 = ጥ 1 – ወ
ጥ 2 = 9600 – 6000
Q 2 = 3600 Joule
8. የካርኖት ሞተር ውጤታማነት 40% ነው። ሙቀቱ በ727°ሴ ከተዋጠ ዝቅተኛው የሙቀት መጠን ስንት ነው።
የሚታወቅ፦
ቅልጥፍና (ሠ) = 40% = 40/100 = 0.4
ከፍተኛ ሙቀት (TH ) = 727 oC + 273 = 1000 K
የሚፈለግ፦ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን
መፍትሔው
ቲ ኤል = 600 ኬልቪን – 273 = 327 o C
9. ከታች ባለው ግራፍ ላይ በመመስረት፣ ሞተሩ 800 J ሙቀት የሚወስድ ከሆነ፣ ሞተሩ የሚሰራው ስራ ምንድነው?
የሚታወቅ፦
ከፍተኛ ሙቀት (TH ) = 600 ኬልቪን
ዝቅተኛ የሙቀት መጠን (T ) = 250 ኬልቪን
የሙቀት ግብዓት (ጥ 1 ) = 800 ጁሎች
ተፈላጊ ፡ ስራ (ወ)
መፍትሔው
የካርኖት ሞተር ውጤታማነት፡
ስራው የተከናወነው በሞተሩ ነው፡
ወ = e Q 1
ወ = (7/12)(800 ጁልስ)
ወ = 466.7 ጁል
10. የካርኖት ሞተር ከፍተኛ ሙቀት 600 ኪ.ሜ ነው። ሞተሩ 600 ጄ ሙቀትን የሚወስድ ከሆነ እና ዝቅተኛው የሙቀት መጠን 400 ኪ.ሜ ከሆነ ሞተሩ የሚሰራው ስራ ምንድነው?
የሚታወቅ፦
ዝቅተኛ የሙቀት መጠን (T L ) = 400 K
ከፍተኛ ሙቀት (TH ) = 600 K
የሙቀት ግብዓት (ጥ 1 ) = 600 ጁሎች
ተፈላጊ ፡ ስራው የተከናወነው በካርኖት ሞተር (W) ነው
መፍትሔው
የካርኖት ሞተር ውጤታማነት፡
ስራው የተከናወነው በካርኖት ሞተር ነው፡
ወ = e Q 1
ወ = (1/3)(600) = 200 ጁሎች
- የቴርሞዳይናሚክስ ዋና ትኩረት ምንድነው? መልስቴርሞዳይናሚክስ በተለይም ሚዛናዊ በሆኑ ስርዓቶች ውስጥ የኃይል፣ የለውጦቹ እና ከቁስ ጋር ባለው ግንኙነት ጥናት ላይ ያተኩራል።
- የቴርሞዳይናሚክስ ዜሮ ህግ ከሙቀት መጠን ጋር እንዴት ይዛመዳል? መልስዜሮኛው ሕግ እንደሚገልጸው ሁለት ስርዓቶች እያንዳንዳቸው በሙቀት ሚዛን ከሶስተኛ ስርዓት ጋር ከሆኑ እርስ በእርሳቸው በሙቀት ሚዛን ውስጥ ናቸው። ይህ የሙቀት መጠን የሚባል ንብረት መኖሩን ያመለክታል፣ ይህም በሙቀት ሚዛን ውስጥ ላሉ ሁሉም ስርዓቶች ተመሳሳይ ነው።
- የመጀመሪያው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ ምን ይገልፃል? መልስየመጀመሪያው ህግ፣ የኢነርጂ ጥበቃ ህግ በመባልም የሚታወቀው፣ ኃይል ሊፈጠር ወይም ሊጠፋ እንደማይችል፣ ከአንድ ቅርፅ ወደ ሌላ ቅርፅ ብቻ እንደሚቀየር ይገልጻል። በተዘጋ ስርዓት ውስጥ፣ የውስጥ ኃይል ለውጥ ስርዓቱ በአካባቢው ላይ ከሚያከናውነው ስራ ሲቀነስ በስርዓቱ ላይ ከሚጨመረው ሙቀት ጋር እኩል ነው።
- የተፈጥሮ ሂደቶችን አቅጣጫ ለመረዳት ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ ለምን ወሳኝ ነው? መልስሁለተኛው ሕግ፡- የተገለለ ስርዓት ኢንትሮፒ (ወይም መዛባት) ሁልጊዜ እንደሚጨምር ወይም ቋሚ ሆኖ እንደሚቆይ ይገልጻል። ይህ ኃይል ይህን ከማድረግ ካልተገታ በድንገት እንደሚበተን ይደነግጋል፣ ይህም ለተፈጥሯዊ ሂደቶች አቅጣጫ ይሰጣል እና በመሠረቱ የተወሰኑ ሂደቶች በድንገት የሚከሰቱት ሌሎች ደግሞ የማይከሰቱት ለምን እንደሆነ ያብራራል።
- ኢንትሮፒ ምንድን ነው፣ እና በስርዓት ውስጥ ካለው መዛባት ጋር እንዴት ይዛመዳል? መልስኢንትሮፒ፡- ሥራ ለመሥራት በማይቻል ስርዓት ውስጥ ያለውን የኃይል መጠን የሚለካ መለኪያ ነው። እንዲሁም ብዙውን ጊዜ የስርዓቱን መዛባት ወይም የዘፈቀደነት መለኪያ ተደርጎ ይገለጻል። በአጠቃላይ፣ ከፍ ያለ ኢንትሮፒ ከከፍተኛ መዛባት ወይም የዘፈቀደነት ጋር ይዛመዳል።
- ሦስተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ሕግ ፍጹም ዜሮ በሆነበት ጊዜ ፍጹም ክሪስታል ኢንትሮፒን እንዴት ይገልጸዋል? መልስ፦ ሦስተኛው ሕግ ፍጹም ክሪስታል ኢንትሮፒ በፍፁም ዜሮ የሙቀት መጠን (0 ኬልቪን) በትክክል ዜሮ መሆኑን ይገልጻል። ይህ ማለት በዚህ የሙቀት መጠን ስርዓቱ በትክክል የተደራጀ ነው ማለት ነው።
- ከቀዝቃዛ አካል ወደ ሞቃት አካል ብቻውን ሙቀት ለምን አይፈስም? መልስ፦ ይህ ባህሪ የሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ውጤት ነው። ሙቀት ከቀዝቃዛ አካል ወደ ሞቃት አካል በድንገት ቢፈስስ፣ በተፈጥሮ ሂደቶች የማይወደደው የስርዓቱ አጠቃላይ ኢንትሮፒ እንዲቀንስ ያደርጋል።
- በቴርሞዳይናሚክስ ውስጥ በተገለለ፣ በተዘጋ እና ክፍት ስርዓት መካከል ያለው ልዩነት ምንድን ነው? መልስ፦ የተገለለ ስርዓት ኃይልን ወይም ቁስን ከአካባቢው ጋር አይለዋወጥም። የተዘጋ ስርዓት ኃይልን ሊለዋወጥ ይችላል ነገር ግን ከአካባቢው ጋር ምንም ለውጥ አያመጣም። ክፍት ስርዓት ኃይልንም ቁስንም ከአካባቢው ጋር ሊለዋወጥ ይችላል።
- በቴርሞዳይናሚክስ ውስጥ "ስራ" የሚለው ጽንሰ-ሀሳብ ከዕለታዊ አጠቃቀሙ የሚለየው እንዴት ነው? መልስበቴርሞዳይናሚክስ ውስጥ፣ “ሥራ” የሚያመለክተው በአንድ ነገር ላይ የሚተገበሩ ኃይሎች ከኃይል ጋር ትይዩ በሆነ አቅጣጫ የሚያንቀሳቅሱበትን የኃይል ዝውውር ሂደት ነው። ለምሳሌ፣ አንድ ጋዝ ከፒስተን ጋር ሲሰፋ፣ በፒስተኑ ላይ ይሰራል። ይህ ከዕለታዊ አጠቃቀም ጋር ሲነጻጸር የበለጠ ግልጽ የሆነ ፍቺ ነው፣ ይህም ማንኛውንም ተግባር ወይም እንቅስቃሴ ማለት ሊሆን ይችላል።
-
የካርኖት ዑደት ምንድን ነው፣ እና በቴርሞዳይናሚክስ ውስጥ ለምን ጠቃሚ ነው? መልስ ፡ የካርኖት ዑደት ማንኛውም ክላሲካል ቴርሞዳይናሚክ ሞተር ሙቀት ወደ ሥራ በሚቀየርበት ጊዜ ሊያገኘው የሚችለውን ቅልጥፍና ላይ ከፍተኛ ገደብ የሚሰጥ ተስማሚ የቴርሞዳይናሚክ ዑደት ነው። ይህ አስፈላጊ ነው ምክንያቱም ሞተሩ በሚሠራባቸው የሙቀት ማጠራቀሚያዎች የሙቀት መጠን ላይ በመመስረት መሰረታዊ የቅልጥፍና ገደብ ስለሚያስቀምጥ ነው።
