20 مثالاً على أسئلة الديناميكا الحرارية
العملية الديناميكية الحرارية
1. في الديناميكا الحرارية، يخضع الغاز المثالي لعملية متساوية الحرارة إذا…
أ. مع تغيرات حالة الغاز، تبقى درجة الحرارة ثابتة دائمًا
ب. تتحرك جميع الجزيئات بسرعات مختلفة
ج. جميع ظروف الغاز تتغير درجة حرارتها باستمرار
د. عند درجات الحرارة المرتفعة، تكون سرعة الجزيئات أعلى
هـ. لا يتغير ضغط الغاز وحجمه
مناقشة
تعني كلمة "متساوي الحرارة" أو "متساوي الحرارة" ثبات درجة الحرارة.
الإجابة الصحيحة هي أ.
2. تخضع جميع الغازات المثالية لعملية متساوية الحجم، لذا...
أ. جميع الجزيئات لها نفس السرعة
ب. عند درجات الحرارة المرتفعة، يكون متوسط سرعة الجزيئات أكبر
ج. يبقى ضغط الغاز ثابتًا
د. سيقوم الغاز بعمل
لا يمتلك E طاقة داخلية
مناقشة
متساوي الحجم = حجم ثابت.
الإجابة الصحيحة هي ب.
3. العبارة الصحيحة حول العمليات الديناميكية الحرارية هي...
أ. عملية تغيير الغاز عند ضغط ثابت هي عملية تغيير الغاز عند ضغط ثابت.
ب. عملية تغيير الغاز عند درجة حرارة ثابتة هي عملية متساوية الضغط.
ج. عملية تغيير حجم الغاز عند ضغط ثابت هي عملية تغيير حجم الغاز عند ضغط ثابت.
د. منحنى التساوي الحراري هو عملية تغيير الغاز عند حجم ثابت.
هـ. عملية تغيير حجم الغاز عند درجة حرارة ثابتة.
مناقشة
الضغط المتساوي = الضغط الثابت
متساوي الحجم = حجم ثابت
متساوي الحرارة = درجة حرارة ثابتة
الإجابة الصحيحة هي أ.
القانون الأول للديناميكا الحرارية
4. من الرسم البياني للضغط والحجم أدناه، فإن كمية شغل الغاز في العمليتين الأولى والثانية تتناسب طرديًا مع...
أ. 4 : 3
ب. 3 : 4
ج. 2: 3
د. 1: 2
هـ. 1: 1
مناقشة
من المعروف أن:
العملية 1:
الضغط (P) = 20 نيوتن/ م²
الحجم الابتدائي (V1 ) = 10 لترًا = 10 دسم³ = 10 × 10⁻³ م³
الحجم النهائي (V2 ) = 40 لترًا = 40 دسم³ = 40 × 10⁻³ م³
العملية 2:
الضغط (P) = 15 نيوتن/ م²
الحجم الابتدائي (V1 ) = 20 لترًا = 20 دسم³ = 20 × 10⁻³ م³
الحجم النهائي (V2 ) = 60 لترًا = 60 دسم³ = 60 × 10⁻³ م³
سأل:
الجواب:
أعمال الغاز قيد التنفيذ 1:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (20)(40-10)(10 -3 m 3 ) = (20)(30)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0,6 m 3
أعمال الغاز قيد التنفيذ II:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (15)(60-20)(10 -3 m 3 ) = (15)(40)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0,6 m 3
مقارنة أعمال الغاز في العمليتين الأولى والثانية:
0,6 م³ : 0,6 م³
1: 1
الإجابة الصحيحة هي هـ.
5. من الرسم البياني للضغط والحجم، فإن كمية شغل الغاز في العمليتين الأولى والثانية تتناسب طرديًا مع...
أ. 4 : 3
ب. 3 : 4
ج. 2: 3
د. 1: 2
هـ. 1: 1
مناقشة
من المعروف أن:
العملية الأولى:
الضغط (P) = 20 باسكال
الحجم 1 (V1 ) = 10 لترًا
الحجم 2 (V2 ) = 40 لترًا
العملية الثانية:
الضغط (P) = 15 باسكال
الحجم 1 (V1 ) = 20 لترًا
الحجم 2 (V2 ) = 60 لترًا
سؤال: مقارنة عمل الغاز في العمليتين الأولى والثانية
الجواب:
إن العملية الديناميكية الحرارية المستندة إلى الرسم البياني أعلاه هي عملية متساوية الضغط (ضغط ثابت).
العمل الذي يقوم به الغاز في العملية الأولى:
W = P (V 2 – V 1 )
W = (20)(40 – 10)
W = (20)(30)
ث = 600
العمل الذي يقوم به الغاز في العملية الثانية:
W = P (V 2 – V 1 )
W = (15)(60 – 20)
W = (15)(40)
ث = 600
مقارنة أعمال الغاز في العمليتين الأولى والثانية:
600: 600
1: 1
الإجابة الصحيحة هي هـ.
6. يتم تسخين غاز الهيليوم وفقًا لمخطط الضغط والحجم أدناه. الشغل المبذول من قبل غاز الهيليوم في عملية AB هو...
أ. 15 جول 
ب. 10 جول
ج. 8 جول
د. 4 جول
هـ. 2 جول
مناقشة
من المعروف أن :
الضغط (P) = 2 × 10⁵ نيوتن /م² = 2 × 10⁵ باسكال
الحجم الابتدائي (V1 ) = 5 سم³ = 5 × 10⁻⁶ م³
الحجم النهائي (V2 ) = 15 سم³ = 15 × 10⁻⁶ م³
السؤال : ما هو الشغل الذي يبذله الغاز في عملية AB؟
إجابة :
W = ∆P ∆V
W = P (V 2 – V 1 )
W = (2 × 10⁵ ) (5 × 10⁻³ – 5 × 10⁻³ )
W = (2 × 10⁵ ) (10 × 10⁻⁶ ) = (2 × 10⁵ )(1 × 10⁻⁵ )
W = 2 جول
الإجابة الصحيحة هي هـ.
٧. انظر إلى الصورة! يخضع الغاز المثالي لعملية تغيير الضغط (P) إلى الحجم (V). الشغل الذي يبذله الغاز في هذه العملية هو...
أ. 20 جول
ب. 15 جول
ج. 10 جول
د. 5 جول
هـ. 4 جول
مناقشة
من المعروف أن :
الضغط الابتدائي (P1 ) = 4 باسكال = 4 نيوتن/ م²
الضغط النهائي (P2 ) = 6 باسكال = 6 نيوتن/ م²
الحجم الابتدائي (V 1 ) = 2 م 3
الحجم النهائي (V2 ) = 4 م³
مطلوب : عمل يتم باستخدام الغاز (W)
إجابة :
الشغل المبذول بواسطة الغاز = المساحة تحت المنحنى ab.
W = مساحة المثلث + مساحة المستطيل
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 جول
الإجابة الصحيحة هي هـ.
8. يخضع غاز مثالي لعملية مغلقة A → B → C → A. في دورة، يقوم الغاز بعمل يعادل….
A. -2,0 س 103 J
ب. − 5,5 × 10 3 جول
ج. − 8,0 × 10 5 جول
د. 2,0 × 10⁶ جول
E. 4,0 × 10⁶ جول
مناقشة
العمل (W) = مساحة المنحنى (مساحة المثلث داخل الخط المحدد بالسهم).
W = ½ (20-10)(6 × 10⁵ – 2 × 10⁵ )
W = ½ (10)(4 × 10 5 )
W = (5)(4 × 10⁵ )
W = 20 × 10⁵ = 2 × 10⁶ جول
الإجابة الصحيحة هي د.
محرك حراري
9. تمتص آلة 2.000 جول من الحرارة من خزان حراري ذي درجة حرارة عالية، وتطرد 1.200 جول إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة. كفاءة الآلة هي...
أ. 80%
ب. 75%
ج. 60%
د. 50%
هـ. 40%
مناقشة
من المعروف أن:
الحرارة الممتصة (Q H ) = 2000 جول
الحرارة المنطلقة (Q L ) = 1200 جول
الشغل الناتج عن الآلة (W) = 2000 - 1200 = 800 جول
السؤال : كفاءة المحرك الحراري (هـ)
إجابة :
صيغة حساب كفاءة المحرك الحراري:
e = W / Q H = 800/2000 = 0,4 × 100% = 40%
الإجابة الصحيحة هي هـ.
محرك كارنو
10. كفاءة محرك كارنو الذي تمتص دورته الحرارة عند درجة حرارة 960 كلفن وتطرد الحرارة عند درجة حرارة 576 كلفن هي...
أ. 40%
ب. 50%
ج. 56%
د. 60%
هـ. 80%
مناقشة
من المعروف أن :
درجة الحرارة العالية (TH ) = 960 كلفن
درجة الحرارة المنخفضة (TL ) = 576 كلفن
السؤال : كفاءة محرك كارنو (e)
إجابة :
تبلغ كفاءة محرك كارنو 0,4 × 100% = 40%
الإجابة الصحيحة هي أ.
١١. في الرسم البياني للضغط والحجم لمحرك كارنو أدناه، W = 6.000 جول. كمية الحرارة المنبعثة من المحرك في كل دورة هي...
أ. 2.250 جول
ب. 3.000 جول
ج. 3.750 جول
د. 6.000 جول
هـ. 9.600 جول
مناقشة
من المعروف أن:
الشغل (W) = 6000 جول
درجة الحرارة العالية (TH ) = 800 كلفن
درجة الحرارة المنخفضة (TL ) = 300 كلفن
السؤال: س
الجواب:
كفاءة محرك حراري مثالي (محرك كارنو):
الحرارة التي يمتصها محرك كارنو:
W = e Q 1
6000 = (0,625) س 1
س 1 = 6000 / 0,625
س 1 = 9600
الحرارة المنبعثة من محرك كارنو:
س 2 = س 1 – و
س ٢ = ٩٦٠٠ - ٦٠٠٠
Q 2 = 3600 جول
لا توجد إجابة صحيحة.
12. يستخدم محرك كارنو ذو كفاءة 40% خزانًا ساخنًا عند درجة حرارة 727 درجة مئوية. حدد درجة حرارة الخزان البارد!
أ. 327 درجة مئوية
ب. 357 درجة مئوية
ج. 400 درجة مئوية
د. 600 درجة مئوية
هـ. 627 درجة مئوية
مناقشة
من المعروف أن:
الكفاءة (e) = 40% = 40/100 = 0,4
درجة الحرارة العالية (TH ) = 727 درجة مئوية + 273 = 1000 كلفن
السؤال: حدد درجة حرارة الخزان البارد
الجواب:
درجة حرارة الخزان هي 600 - 273 = 327 درجة مئوية
الإجابة الصحيحة هي أ.
13. يبدو منحنى الضغط-الحجم لمحرك كارنو كما في الشكل التالي! إذا امتص المحرك 800 جول من الحرارة، فإن الشغل المبذول هو...
أ. 105,5 جول
ب. 252,6 ي
ج. 336,6 جول
د. 466,7 جول
هـ. 636,7 جول
مناقشة
من المعروف أن:
درجة الحرارة العالية (TH ) = 600 كلفن
درجة الحرارة المنخفضة (TL ) = 250 كلفن
الحرارة الممتصة (Q 1 ) = 800 جول
المطلوب: الجهد (W)
الجواب:
كفاءة محرك حراري مثالي (محرك كارنو):
الجهود المبذولة هي:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 جول)
W = 466,7 جول
الإجابة الصحيحة هي د.
14. يعمل محرك كارنو عند درجة حرارة عالية تبلغ 600 كلفن لإنتاج شغل ميكانيكي. إذا امتص المحرك 600 جول من الحرارة عند درجة حرارة منخفضة تبلغ 400 كلفن، فإن الشغل الناتج هو...
أ. 120 جول
ب. 124 ي
ج. 135 جول
د. 148 جول
هـ. 200 جول
مناقشة
من المعروف أن :
درجة الحرارة المنخفضة (TL ) = 400 كلفن
درجة الحرارة العالية (TH ) = 600 كلفن
الحرارة الممتصة (Q 1 ) = 600 جول
مطلوب : أعمال من إنتاج محرك كارنو (W)
إجابة :
كفاءة محرك حراري مثالي (محرك كارنو):
العمل الذي يقوم به محرك كارنو:
W = e Q 1
الشغل = (1/3)(600) = 200 جول
الإجابة الصحيحة هي هـ.
النظرية الحركية للغازات والديناميكا الحرارية
15. يوجد في خزان غاز مثالي حجمه 4 لترات، ودرجة حرارته 27 درجة مئوية، وضغطه 3 ضغط جوي (1 ضغط جوي = 10⁵ نيوتن / م² ). يخضع الغاز لعملية تسخين عند ضغط ثابت إلى درجة حرارة 87 درجة مئوية. السعة الحرارية للغاز 9 جول/ كلفن . الحجم النهائي للغاز والتغير في طاقته الداخلية هما على التوالي...
أ. 4,2 لتر، ΔU = 200 جول
ب. 4,4 لتر، ΔU = 240 جول
ج. 4,6 لتر، ΔU = 280 جول
د. 4,8 لتر، ΔU = 300 جول
هـ. 4,8 لتر، ΔU = 360 جول
مناقشة
عملية متساوية الضغط (ضغط ثابت)
من المعروف أن:
الحجم الابتدائي للغاز المثالي (V1 ) = 4 لترات
درجة الحرارة الابتدائية للغاز المثالي (T1 ) = 27 درجة مئوية + 273 = 300 كلفن
درجة الحرارة النهائية للغاز المثالي (T2 ) = 87 درجة مئوية + 273 = 360 كلفن
ضغط الغاز المثالي (P) = 3 ضغط جوي = 3 × 10⁵ نيوتن متر⁻²
السعة الحرارية للغاز (ج) = 9 جول /كلفن
السؤال: الحجم النهائي للغاز (V 2 ) والتغير في الطاقة الداخلية للغاز (ΔU)
الجواب:
احسب الحجم النهائي باستخدام صيغة قانون شارل (عملية متساوية الضغط أو ضغط ثابت):
تغيير مستوى الصوت:
1 لتر = 0,001 متر مكعب
الحجم الابتدائي (V 1 ) = 4 (0,001 م 3 ) = 0,004 م 3
الحجم النهائي (V2 ) = 4,8 × 0,001 م³ = 0,0048 م³
التغير في الحجم ( ΔV) = V2 – V1 = 0,0048 م 3 – 0,004 م 3 = 0,008 م 3.
تغيرات درجة الحرارة:
التغير في درجة الحرارة (ΔT) = T2 – T1 = 360 كلفن – 300 كلفن = 60 كلفن
احسب التغير في الطاقة الداخلية (ΔU) لغاز مثالي باستخدام صيغة القانون الأول للديناميكا الحرارية:
ΔU = Q - W
الوصف: ΔU = التغير في الطاقة الداخلية، Q = الحرارة، W = الشغل.
احسب الشغل (W) عند ضغط ثابت:
W = P ΔV = (3 × 10⁵ ) ( 0,0008) = (3 × 10¹ ) ( 8) = (30)(8) = 240 جول
احسب كمية الحرارة (Q) باستخدام صيغة السعة الحرارية (C):
ج = ق / Δت
س = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 جول
احسب التغير في الطاقة الداخلية:
ΔU = Q – W = 540 جول – 240 جول = 300 جول.
الإجابة الصحيحة هي د.
١٦. يوجد في خزان ٦ لترات من غاز مثالي بضغط ٢ ضغط جوي (١ ضغط جوي = ١٠⁵ نيوتن / م² )، ودرجة حرارة ٢٧ درجة مئوية. تم تسخين الغاز إلى درجة حرارة ٧٧ درجة مئوية عند ضغط ثابت. إذا كانت السعة الحرارية للغاز ٥ جول/ كلفن ، فإن الحجم النهائي والتغير في الطاقة الداخلية للغاز هما على التوالي...
أ. ٨ لترات؛ ΔU = ٢٥٠ جول
ب. ٨ لترات؛ ΔU = ٢٠٠ جول
ج. 7 لترات؛ ΔU = 100 جول
د. 7 لترات؛ ΔU = 50 جول
هـ. 7 لترات؛ ΔU = 20 جول
مناقشة
عملية متساوية الضغط (ضغط ثابت)
من المعروف أن:
الحجم الابتدائي للغاز المثالي (V1 ) = 6 لترات
درجة الحرارة الابتدائية للغاز المثالي (T1 ) = 27 درجة مئوية + 273 = 300 كلفن
درجة الحرارة النهائية للغاز المثالي (T2 ) = 77 درجة مئوية + 273 = 350 كلفن
ضغط الغاز المثالي (P) = 2 ضغط جوي = 2 × 10⁵ نيوتن متر⁻²
السعة الحرارية للغاز (ج) = 5 جول /كلفن
السؤال: الحجم النهائي للغاز (V 2 ) والتغير في الطاقة الداخلية للغاز (ΔU)
الجواب:
احسب الحجم النهائي باستخدام صيغة قانون شارل (عملية متساوية الضغط أو ضغط ثابت):
تغيير مستوى الصوت:
1 لتر = 0,001 متر مكعب
الحجم الابتدائي (V 1 ) = 6 (0,001 م 3 ) = 0,006 م 3
الحجم النهائي (V2 ) = 7 × (0,001 م³ ) = 0,007 م³
التغير في الحجم ( ΔV) = V2 – V1 = 0,007 م 3 – 0,006 م 3 = 0,001 م 3.
تغيرات درجة الحرارة:
التغير في درجة الحرارة (ΔT) = T2 – T1 = 350 كلفن – 300 كلفن = 50 كلفن
احسب التغير في الطاقة الداخلية (ΔU) لغاز مثالي باستخدام صيغة القانون الأول للديناميكا الحرارية:
ΔU = Q - W
الوصف: ΔU = التغير في الطاقة الداخلية، Q = الحرارة، W = الشغل.
احسب الشغل (W) عند ضغط ثابت:
W = P ΔV = (2 × 10⁵ ) ( 0,001) = (2 × 10² ) (1 ) = (200)(1) = 200 جول
احسب كمية الحرارة (Q) باستخدام صيغة السعة الحرارية (C):
ج = ق / Δت
س = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 جول
احسب التغير في الطاقة الداخلية:
ΔU = Q – W = 250 جول – 200 جول = 50 جول.
الإجابة الصحيحة هي د.
العملية الديناميكية الحرارية
17. انظر إلى الرسم البياني الموجود على الجانب وإلى العبارات التالية!
(1عملية AB متساوية الضغط و W = P (V2 - ف1)
(2) العملية BC عملية كظيمة، و ΔU = Q
(3) العملية BC متساوية الحجم، و ΔU = Q
(4) عملية CA متساوية الحرارة، ويمتص النظام الحرارة.
العبارة الصحيحة هي...
أ. (1) و (3)
ب. (1) و (4)
ج. (2) و (3)
د. (2) و (4)
هـ. (3) و (4)
مناقشة
(1 ) عملية AB متساوية الضغط و W = P (V 2 – V 1 )
الضغط المتساوي = الضغط الثابت. يُشار إلى الضغط الثابت بخط مستقيم على طول P1 من A إلى B. في هذه العملية، يبقى الضغط ثابتًا، لكن يحدث تغير في الحجم حيث يزداد. إذا ازداد الحجم، فإن النظام يبذل شغلًا على الوسط المحيط، حيث مقدار الشغل (W) هو ناتج ضرب الضغط (P) في التغير في الحجم (ΔU).
(3) العملية BC متساوية الحجم، و ΔU = Q
العملية متساوية الحجم = حجم ثابت. يُشار إلى الحجم الثابت بخط مستقيم على طول V₂ من B إلى C. في هذه العملية، يبقى الحجم ثابتًا، لكن يتغير الضغط حيث يزداد. الحجم ثابت، لذا لا يُبذل شغل، حيث W = 0. صيغة القانون الأول للديناميكا الحرارية هي ΔU = Q – W، حيث ΔU = التغير في الطاقة الداخلية، Q = الحرارة، و W = الشغل. إذا لم يُبذل شغل، فإن W = 0، وبالتالي ΔU = Q.
الإجابة الصحيحة هي أ.
18. انظر إلى الرسم البياني التالي لدورة الديناميكا الحرارية!
من البيان التالي:
(1) A – B = متساوي الحجم، يعتمد الشغل على التغيرات في درجة الحرارة
(2) ب - ج = عملية كظيمة، لا يوجد تغير حراري
(3) B – C = متساوي الضغط، يعتمد الشغل على التغيرات في الحجم
(4) ج – أ = تحدث العملية بجهد من خارج النظام
الحقيقة هي...
أ. (1) و (2)
ب. (1) و (3)
ج. (2) و (3)
د. (2) و (4)
هـ. (3) و (4)
مناقشة
(1) A – B = متساوي الحجم، يعتمد الشغل على التغيرات في درجة الحرارة
نعم، هذه العملية متساوية الحجم (حجم ثابت). ومع ذلك، يبقى الحجم ثابتًا، لذا لا يُبذل شغل. يحدث الشغل عند حدوث تغير في الحجم. لذلك، هذه العبارة غير صحيحة.
(3) B – C = متساوي الضغط، يعتمد الشغل على التغيرات في الحجم
الضغط المتساوي = الضغط الثابت. يُشار إلى الضغط الثابت بخط مستقيم من النقطة B إلى النقطة C. في هذه العملية، يحدث تغير في حجم النظام، حيث يزداد حجمه. زيادة حجم النظام تعني أن النظام يبذل شغلاً على البيئة المحيطة.
(4) ج – أ = تحدث العملية بجهد من خارج النظام
في هذه العملية، ينخفض حجم النظام وينخفض ضغطه. انخفاض حجم النظام يعني أن البيئة تبذل شغلاً عليه، أي أن شغلاً يُبذل خارجياً.
الإجابة الصحيحة هي هـ.
قوانين الديناميكا الحرارية
١٩. انظر إلى الصورة! يخضع الغاز المثالي لعملية تغيير الضغط (P) إلى الحجم (V). الشغل الذي يبذله الغاز في هذه العملية هو...
أ. 20 جول
ب. 15 جول
ج. 10 جول
د. 5 جول
هـ. 4 جول
مناقشة
معروف :
الضغط الأولي (P)1) = 4 باسكال = 4 نيوتن/متر2
الضغط النهائي (P)2) = 6 باسكال = 6 نيوتن/متر2
الحجم الأولي (V)1) = 2 م3
المجلد الأخير (V)2) = 4 م3
سأل الشغل المبذول بواسطة الغاز (W)
جواب :
الشغل المبذول بواسطة الغاز = المساحة تحت المنحنى ab.
W = مساحة المثلث + مساحة المستطيل
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 جول
الإجابة الصحيحة هي هـ.
20. يخضع غاز مثالي لعملية مغلقة A → B → C → A. في دورة، يقوم الغاز بعمل يعادل….
أ. -2,0 × 103 J
ب. −5,5 × 103 J
ج. −8,0 × 105 J
د. 2,0 × 106 J
هـ. 4,0 × 106 J
مناقشة
العمل (W) = مساحة المنحنى (مساحة المثلث داخل الخط المحدد بالسهم).
W = ½ (20-10)(6 × 105 - 2 × 105)
W = ½ (10)(4 × 105)
W = (5)(4 × 105)
W = 20 × 105 = 2 × 106 جول وحدة طاقة
الإجابة الصحيحة هي د.
مصدر السؤال:
أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية العليا/المهنية
