11 Exemples de preguntes sobre l'aplicació de la primera llei de la termodinàmica a diversos processos termodinàmics (isobàrics, isoterms, isocors)
1. El gràfic següent mostra el cicle termodinàmic que experimenta un gas. El treball realitzat pel gas en el procés ABCD és…
Discussió
És conegut :
Pressió 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Pressió 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Volum 1 (V)1) = 1 m3
Volum 2 (V)2) = 3 m3
Preguntat El treball realitzat pel gas en el procés del cicle ABCD
Jawab :
Treball realitzat pel gas = àrea del rectangle ABCD.
W = (P2 - Pàg1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105)(2)
W = 4 x 105 Joule
El treball realitzat pel gas en el procés del cicle ABCD és de 4 x 105 Joules.
2. El treball realitzat pel gas en el procés del cicle ABC és…
Discussió
És conegut :
Pressió 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Pressió 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Volum 1 (V)1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Volum 2 (V)2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Preguntat Treball realitzat pel gas en el procés del cicle ABC
Jawab :
Treball realitzat pel gas = àrea del triangle ABCD.
W = ½ (P2 - Pàg1)(V2 - V1)
A = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
A = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
A = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (12 Joules)
W = 6 Joules
El treball realitzat pel gas en el procés del cicle ABC és de 6 Joules.
3. Un gràfic de la pressió (P) respecte al volum (V) d'un gas en un espai tancat. La part del gràfic que mostra el gas fent treball sobre l'entorn és...
Discussió
El procés AB i el procés DC són processos isobàrics. El procés AD i el procés BC són processos isocors.
El gas fa treball sobre l'entorn si s'expandeix de manera que el volum de l'espai ocupat pel gas augmenta (procés de corrent continu). L'entorn fa treball sobre el gas si el gas es contrau de manera que el volum de l'espai ocupat pel gas disminueix (procés de corrent continu).
4. Tots els gasos ideals experimenten un procés isocòric, de manera que...
A. totes les molècules tenen la mateixa velocitat
B. a altes temperatures la velocitat mitjana de les molècules és més gran
C. la pressió del gas es manté constant
D. el gas farà treball
E. no té energia interna
Discussió
Isòcor = volum constant.
La resposta correcta és B.
5. Una quantitat de gas ideal es comprimeix mitjançant un procés termodinàmic de l'estat 1 a l'estat 2, tal com es mostra al següent gràfic PV. El treball realitzat pel gas és...
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Discussió
1 litre = 0,001 m³
Se sap que :
Pressió 1 (P1 ) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/ m2
Pressió 2 (P2 ) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/ m2
Volum 1 (V 1 ) = 4 litres = 4 (0,001 m 3 ) = 0,004 m 3
Volum 2 (V 2 ) = 10 litres = 10 (0,001 m 3 ) = 0,010 m 3
Treball desitjat (W) realitzat pel gas
Resposta:
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 (6) + 1/2 (10) (6)
W = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 Joules
La resposta correcta és E.
6. Mireu el diagrama fotovoltaic del costat!
El treball produït en el procés termodinàmic en un cicle és...
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
400 kJ
E. 600 kJ
Discussió
Se sap que :
Pressió 1 (P1 ) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2
Pressió 2 (P2 ) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / m2
Volum 1 (V² ) = 2 m³
Volum 2 (V² ) = 4 m³
Preguntat : Treball (W) generat.
Resposta :
El treball realitzat = àrea del quadrilàter abcd.
W = (P2 – P1 ) ( V2 – V1 )
W = (3 x 10⁻⁵ – 1 x 10⁻⁵ ) (4 – 2)
W = (2 x 10⁻⁵ ) (2)
W = 4 x 10^ 5 Joules
W = 400.000 Joules
W = 400 quilojoules
La resposta correcta és D.
7. Un gas ideal experimenta un procés com el que es mostra al diagrama PV de la dreta. El treball realitzat en aquest procés és...
35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Discussió
Se sap que :
Pressió 1 (P1 ) = 1 N/ m2
Pressió 2 (P2 ) = 7 N/ m2
Volum 1 (V² ) = 1 m³
Volum 2 (V² ) = 5 m³
Preguntat: Treball (W) fet.
Resposta:
Treball realitzat = àrea del triangle ABC.
W = ½ (P2 – P1 ) ( V2 – V1 )
W = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
W = ½ ( 6 )( 4 )
W = ½ (24)
W = 12 Joules
La resposta correcta és D.
8. 0,02 mol d'un gas monoatòmic a 350 K es troben en un recipient tancat. Quanta calor es necessita per augmentar la temperatura del gas a 400 K? La constant universal dels gasos, R = 8,31 J mol-1 K-1.
A. 10 Joules
B. 12,5 joules
C. 14 joules
D. 15,5 joules
E. 17 joules
Discussió:
És conegut :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Preguntat :
Calor (Q)?
Jawab :
En un procés isocòric (volum constant), Q = delta U
Descripció: Q = calor, delta U = canvi d'energia interna, U = energia interna
9. Dos mols de gas monoatòmic a una temperatura de 20 oC i pressió 2 × 105 El Pa experimenta un procés isocòric fins que la pressió esdevé 4 × 105 Pa. Si la constant universal dels gasos = 8,31 J/mol K, aleshores el canvi d'energia interna del gas és…
7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Discussió:
És conegut :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Preguntat :
Canvi d'energia interna (delta U)?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Comte T2 primer utilitzeu la fórmula de la llei de Gay-Lussac (volum constant)
10. La part del gràfic de pressió (P) – volum (V) que mostra el gas que rep treball extern és...
A. AB
B. CD
C. aC
D. DA
E. AC
Discussió :
Si es fa treball sobre el gas, el seu volum augmenta. Per contra, si es fa treball sobre el gas des d'una font externa, el seu volum disminueix. El procés que es mostra al gràfic anterior que mostra la disminució del volum del gas és el procés CD.
Així doncs, la resposta correcta és la B.
11. Els gràfics següents mostren la relació entre la pressió (P) i el volum (V) del gas que experimenta un procés.
El procés que produeix el major esforç es mostra al gràfic número …
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Discussió :
El treball realitzat = l'àrea. Com més gran sigui l'àrea, més gran serà el treball realitzat. L'àrea més gran es mostra al gràfic 3.
La resposta correcta és C.
