Příklady otázek z termodynamiky

20 příkladů otázek z termodynamiky

Termodynamický proces

1. V termodynamice ideální plyn podléhá izotermickému ději, pokud…

A. změny skupenství plynu, teplota zůstává vždy konstantní

B. všechny molekuly se pohybují různými rychlostmi

C. Všechny plynné stavy se vždy mění za teplotu

D. při vysokých teplotách je rychlost molekul vyšší

E. tlak a objem plynu se nemění

Diskuse

Izotermický nebo izotermický znamená konstantní teplotu.

Správná odpověď je A.

2. Všechny ideální plyny podléhají izochorickému ději, takže...

A. všechny molekuly mají stejnou rychlost

B. při vysokých teplotách je průměrná rychlost molekul větší

Tlak plynu C. zůstává konstantní

D. plyn vykoná práci

E. nemá vnitřní energii

Diskuse

Izochorický = konstantní objem.

Správná odpověď je B.

3. Správné tvrzení o termodynamických procesech je…

A. Izobarický proces je proces změny plynu za konstantního tlaku.

B. Izobarický je proces změny plynu při konstantní teplotě.

C. Izochorický proces je proces změny plynu za konstantního tlaku.

D. izoterma je proces změny plynu při konstantním objemu.

E. Izochorický proces je proces změny plynu při konstantní teplotě.

Diskuse

Izobarický = konstantní tlak

Izochorický = konstantní objem

Izotermický = konstantní teplota

Správná odpověď je A.

První termodynamický zákon

4. Z grafu PV níže vyplývá, že množství práce plynu v procesech I a II je úměrné...

A. 4 : 3

B. 3 : 4

C. 2:3

O. 1:2

E. 1:1

Diskuse

Je známo, že:

Proces 1:

Tlak (P) = 20 N/ ^m²

Počáteční objem (V1 ⁾ ₌ 10 litrů = 10 dm3 ⁼ 10 x ^10⁻³ m3

Konečný objem (V2 ⁾ ₌ 40 litrů = 40 dm3 ⁼ 40 x ^10⁻³ m3

Proces 2:

Tlak (P) = 15 N/ ^m²

Počáteční objem (V1 ⁾ ₌ 20 litrů = 20 dm3 ⁼ 20 x ^10⁻³ m3

Konečný objem (V2 ⁾ ₌ 60 litrů = 60 dm3 ⁼ 60 x ^10⁻³ m3

Zeptal se:

Odpověď:

Práce s plynem v procesu I:

W = P ΔV = P ( _V2 –V1 ₎ = (20)(40-10)( ^10⁻³ m³ ⁾ = (20)(30)( ^10⁻³ m³ ⁾ = (600)( ^10⁻³ m³ ⁾ = 0,6 ^m³

Práce s plynem v procesu II:

W = P ΔV = P ( _V2 –V1 ₎ = (15)(60-20)( ^10⁻³ m³ ⁾ = (15)(40)( ^10⁻³ m³ ⁾ = (600)( ^10⁻³ m³ ⁾ = 0,6 ^m³

Porovnání práce plynu v procesech I a II:

0,6 m³ ^: 0,6 ^m³

1 : 1

Správná odpověď je E.

5. Z grafu P – V vyplývá, že množství práce plynu v procesech I a II je úměrné...

A. 4 : 3

B. 3 : 4

C. 2:3

O. 1:2

E. 1:1

Diskuse

Je známo, že:

Proces I:

Tlak (P) = 20 Pascalů

Objem 1 (V ₁ ) = 10 litrů

Objem 2 (V ₂ ) = 40 litrů

Proces II:

Tlak (P) = 15 Pascalů

Objem 1 (V ₁ ) = 20 litrů

Objem 2 (V ₂ ) = 60 litrů

Otázka: Porovnání práce plynu v procesech I a II

Odpověď:

Termodynamický proces založený na výše uvedeném grafu je izobarický proces (konstantní tlak).

Práce vykonaná plynem v procesu I:

W = P ( _V² – _V¹ )

W = (20)(40 – 10)

W = (20)(30)

W=600

Práce vykonaná plynem v procesu II:

W = P ( _V² – _V¹ )

W = (15)(60 – 20)

W = (15)(40)

W=600

Porovnání práce plynu v procesech I a II:

600 : 600

1 : 1

Správná odpověď je E.

6. Plynné hélium se zahřívá podle níže uvedeného grafu PV. Práce, kterou plynné hélium vykoná v procesu AB, je...

A. 15 joulů

B. 10 joulů

C. 8 joulů

D. 4 joulů

E. 2 joulů

Diskuse

Je známo, že :

Tlak (P) = 2 x 10⁶ ^N /m² ⁼ 2 x ^10⁶ Pascal

Počáteční objem (V1 ⁾ ₌ 5 cm3 ⁼ 5 x ^10⁻⁶ m3

Konečný objem (V² ⁾ ₌ 15 cm³ ⁼ 15 x ^10⁻⁶ m³

Otázka : Práce vykonaná plynem v procesu AB

Odpověď :

W = ∆P ∆V

W = P ( _V² – _V¹ )

W = (2 × 10⁶ ⁾ (15 × ^10⁻⁶ – 5 × ^10⁻⁶ )

W = (2 × 10⁻¹ ⁾ (10 × ^10⁻¹ ) = ( 2 × 10⁻¹ ) (1 × ^{10⁻¹ )}

W = 2 Joulů

Správná odpověď je E.

7. Podívejte se na obrázek! Ideální plyn podléhá procesu změny tlaku (P) na objem (V). Práce, kterou plyn v tomto procesu vykoná, je…

A. 20 joulů

B. 15 joulů

C. 10 Joulů

D. 5 Joulů

E. 4 Joule

Diskuse

Je známo, že :

Počáteční tlak (P1 ₎ = 4 Pa ​​​​= 4 N/ ^m2

Konečný tlak (P2 ₎ = 6 Pa = 6 N/ ^m2

Počáteční objem (V1 ₎ = 2 ^m3

Konečný objem (V² ₎ = 4 ^m³

Hledá se : Práce vykonaná plynem (W)

Odpověď :

Práce vykonaná plynem = plocha pod křivkou ab.

W = plocha trojúhelníku + plocha obdélníku

V = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

Š = 2 + 8

W = 10 Joulů

Správná odpověď je E.

8. Ideální plyn prochází uzavřeným dějem A → B → C → A. V cyklu plyn vykoná práci ve výši….

A. -2,0 x 10 ³ J

B. − 5,5 × ^10³ J

C. − 8,0 x ^10⁶ J

D. 2,0 x ^10⁶ J

E. 4,0 x ^10⁶ J

Diskuse

Práce (W) = plocha křivky (plocha trojúhelníku uvnitř čáry označené šipkou).

W = ½ (20-10)(6 × 10⁻ ^– 2 × ^10⁻ )

W = ½ (10)(4 × ^10⁶ )

W = (5)(4 × ^10⁶ )

W = 20 x 10⁶ ⁼ 2 x ^10⁶ joulů

Správná odpověď je D.

Tepelný motor

9. Stroj absorbuje 2 000 joulů tepla z vysokoteplotního zásobníku a odvede 1 200 joulů do nízkoteplotního zásobníku. Účinnost stroje je ….

A. 80 %

B. 75 %

C. 60 %

D. 50 %

E. 40 %

Diskuse

Je známo, že:

Absorbované teplo (Q _H ) = 2000 Joulů

Uvolněné teplo (QL ₎ = 1200 Joulů

Práce vykonaná strojem (W) = 2000 – 1200 = 800 Joulů

Otázka : Účinnost tepelného motoru (e)

Odpověď :

Vzorec pro účinnost tepelného motoru:

e = Š / Q _V = 800/2000 = 0,4 x 100 % = 40 %

Správná odpověď je E.

Carnotův motor

10. Účinnost Carnotova motoru, jehož cyklus absorbuje teplo při teplotě 960 K a odvádí teplo při teplotě 576 K, je...

A. 40 %

B. 50 %

C. 56 %

D. 60 %

E. 80 %

Diskuse

Je známo, že :

Vysoká teplota (TH ₎ = 960 K

Nízká teplota (TL ₎ = 576 K

Otázka : Účinnost Carnotova motoru (e)

Odpověď :

Účinnost Carnotova motoru je 0,4 x 100 % = 40 %

Správná odpověď je A.

11. V grafu PV Carnotova motoru níže je W = 6 000 Joulů. Množství tepla uvolněného motorem za cyklus je...

A. 2.250 joulů

B. 3.000 joulů

C. 3.750 joulů

D. 6.000 joulů

E. 9.600 joulů

Diskuse

Je známo, že:

Práce (W) = 6000 Joulů

Vysoká teplota (TH ₎ = 800 Kelvinů

Nízká teplota (TL ₎ = 300 Kelvinů

Zeptal se: Otázka

Odpověď:

Účinnost ideálního tepelného stroje (Carnotův motor):

Teplo absorbované Carnotovým motorem:

W = e _Q1

6000 = (0,625) _Q1

Q1 = 6000 / _0,625

Q1 = ₉₆₀₀

Teplo uvolňované Carnotovým motorem:

Q2 = _Q1 – _W

Q2 = 9600 – ₆₀₀₀

Q² = 3600 _Joulů

Neexistuje správná odpověď.

12. Carnotův motor s účinností 40 % používá horký zásobník o teplotě 727 °C. Určete teplotu studeného zásobníku!

A. 327 °C

B. 357 °C

400 °C

D. 600 °C

V. 627 °C

Diskuse

Je známo, že:

Účinnost (e) = 40 % = 40/100 = 0,4

Vysoká teplota (TH ₎ = 727 ^° C + 273 °C = 1000 K

Otázka: Určete teplotu chladicího zásobníku

Odpověď:

Teplota zásobníku je 600–273 = 327 ^° C

Správná odpověď je A.

13. Graf P-V Carnotova motoru vypadá jako na následujícím obrázku! Pokud motor absorbuje 800 J tepla, pak vykonaná práce je…

A. 105,5 J

B. 252,6 J

C. 336,6 J

D. 466,7 J

E. 636,7 J

Diskuse

Je známo, že:

Vysoká teplota (TH ₎ = 600 Kelvinů

Nízká teplota (TL ₎ = 250 Kelvinů

Absorbované teplo (Q1 ₎ = 800 Joulů

Otázka: Úsilí (W)

Odpověď:

Účinnost ideálního tepelného stroje (Carnotův motor):

Vynaložené úsilí je:

W = e _Q1

W = (7/12)(800 Joulů)

W = 466,7 Joulů

Správná odpověď je D.

14. Carnotův motor pracuje při vysoké teplotě 600 K a vykonává mechanickou práci. Pokud motor absorbuje 600 J tepla při nízké teplotě 400 K, pak je vykonaná práce….

A. 120 J

B. 124 J

C. 135 J

D. 148 J

E. 200 J

Diskuse

Je známo, že :

Nízká teplota (TL ₎ = 400 K

Vysoká teplota (TH ₎ = 600 K

Absorbované teplo (Q1 ₎ = 600 Joulů

Hledá se : Práce vytvořená Carnotovým motorem (W)

Odpověď :

Účinnost ideálního tepelného stroje (Carnotův motor):

Práce vykonaná Carnotovým motorem:

W = e _Q1

W = (1/3)(10 000) = 5 000 joulů

Správná odpověď je E.

Kinetická teorie plynů a termodynamika

15. V nádrži je ideální plyn o objemu 4 litry, teplotě 27 ^° C a tlaku 3 atm (1 atm = 10 ⁵ Nm ^-2 ). Plyn se zahřívá při konstantním tlaku na teplotu 87 ^° C. Tepelná kapacita plynu je 9 JK ^-1 . Konečný objem plynu a změna vnitřní energie plynu jsou po řadě...

A. 4,2 litru, ΔU = 200 joulů

B. 4,4 litru, ΔU = 240 joulů

C. 4,6 litru, ΔU = 280 joulů

D. 4,8 litru, ΔU = 300 joulů

E. 4,8 litru, ΔU = 360 joulů

Diskuse

Izobarický proces (konstantní tlak)

Je známo, že:

Počáteční objem ideálního plynu (V1 ₎ = 4 litrů

Počáteční teplota ideálního plynu (T1 ₎ = 27 ^° C + 273 = 300 K

Konečná teplota ideálního plynu (T2 ₎ = 87 ^° C + 273 °F = 360 K

Ideální tlak plynu (P) = 3 atm = 3 ^{x 10⁶} Nm⁻²

Tepelná kapacita plynu (C) = 9 ^JK⁻¹

Otázka: Konečný objem plynu (V2 ₎ a změna vnitřní energie plynu (ΔU)

Odpověď:

Vypočítejte konečný objem pomocí vzorce Charlesova zákona (izobarický proces nebo konstantní tlak):

Změna hlasitosti:

1 litr = 0,001 ^m³

Počáteční objem (V1 ₎ = 4 (0,001 m3 ⁾ = 0,004 ^m3

Konečný objem (V2 ₎ = 4,8 (0,001 m3 ⁾ = 0,0048 ^m3

Změna objemu ( ΔV) = V² _– V¹ ₌ 0,0048 m³ ^– 0,004 m³ ⁼ 0,008 ^m³.

Změny teploty:

Změna teploty (ΔT) = T² _– T¹ ₌ 360 K – 300 K = 60 K

Vypočítejte změnu vnitřní energie (ΔU) ideálního plynu pomocí vzorce pro první termodynamický zákon:

ΔU = Q – W

Popis: ΔU = změna vnitřní energie, Q = teplo, W = práce.

Vypočítejte práci (W) při konstantním tlaku:

W = P ΔV = (3 × 10⁶ ⁾ ( 0,0008) = (3 × 10⁻ ⁾ ( 8) = (30)(8) = 240 Joulů

Vypočítejte teplo (Q) pomocí vzorce pro tepelnou kapacitu (C):

C = Q / ΔT

Q = (C) (AT) = (9) (60) = 540 joulů

Vypočítejte změnu vnitřní energie:

ΔU = Q – W = 540 Joulů – 240 Joulů = 300 Joulů.

Správná odpověď je D.

16. V nádrži je 6 litrů ideálního plynu o tlaku 2 atm (1 atm = 10⁶ ^Nm⁻² ) a teplotě 27 ^{° C .} Plyn se zahřeje na teplotu 77 ^° C při konstantním tlaku. Pokud je tepelná kapacita plynu 5 JK⁻¹ ^, konečný objem a změna vnitřní energie plynu jsou….

A. 8 litrů; ΔU = 250 joulů

B. 8 litrů; ΔU = 200 joulů

C. 7 litrů; ΔU = 100 joulů

D. 7 litrů; ΔU = 50 joulů

E. 7 litrů; ΔU = 20 joulů

Diskuse

Izobarický proces (konstantní tlak)

Je známo, že:

Počáteční objem ideálního plynu (V1 ₎ = 6 litrů

Počáteční teplota ideálního plynu (T1 ₎ = 27 ^° C + 273 = 300 K

Konečná teplota ideálního plynu (T2 ₎ = 77 ^° C + 273 °F = 350 K

Ideální tlak plynu (P) = 2 atm = 2 ^{x 10⁶} Nm⁻²

Tepelná kapacita plynu (C) = 5 ^JK⁻¹

Otázka: Konečný objem plynu (V2 ₎ a změna vnitřní energie plynu (ΔU)

Odpověď:

Vypočítejte konečný objem pomocí vzorce Charlesova zákona (izobarický proces nebo konstantní tlak):

Změna hlasitosti:

1 litr = 0,001 ^m³

Počáteční objem (V1 ₎ = 6 (0,001 m3 ⁾ = 0,006 ^m3

Konečný objem (V2 ) ₌ 7 (0,001 m3 ⁾ = 0,007 ^m3

Změna objemu ( ΔV) = V² _– V¹ ₌ 0,007 m³ ^– 0,006 m³ ⁼ 0,001 ^m³.

Změny teploty:

Změna teploty ₍ ΔT) = T² _– T¹ = 350 K – 300 K = 50 K

Vypočítejte změnu vnitřní energie (ΔU) ideálního plynu pomocí vzorce pro první termodynamický zákon:

ΔU = Q – W

Popis: ΔU = změna vnitřní energie, Q = teplo, W = práce.

Vypočítejte práci (W) při konstantním tlaku:

W = P ΔV = (2 x 10⁻ ⁾ ( 0,001) = (2 x 10⁻ ⁾ (1 ) = (200)(1) = 200 Joulů

Vypočítejte teplo (Q) pomocí vzorce pro tepelnou kapacitu (C):

C = Q / ΔT

Q = (C) (AT) = (5) (50) = 250 joulů

Vypočítejte změnu vnitřní energie:

ΔU = Q – W = 250 Joulů – 200 Joulů = 50 Joulů.

Správná odpověď je D.

Termodynamický proces

17. Podívejte se na graf na boku a na následující tvrzení!

(1) Proces AB je izobarický a W = P(V₂ - V₁)

(2) Proces BC je adiabatický a ΔU = Q

(3) Proces BC je izochorický a ΔU = Q

(4) Proces CA je izotermický a systém absorbuje teplo.

Správné tvrzení je…

A. (1) a (3)

B. (1) a (4)

C. (2) a (3)

D. (2) a (4)

E. (3) a (4)

Diskuse

(1 ) Proces AB je izobarický a W = P ( _V2 – _V1 )

Izobarický = konstantní tlak. Konstantní tlak je znázorněn přímkou ​​podél bodu P1 _z bodu A do bodu B. V tomto procesu zůstává tlak konstantní, ale dochází ke změně objemu, kde se objem zvětšuje. Pokud se objem zvětšuje, systém vykonává práci na okolním prostředí, kde množství práce (W) je výsledkem součinu tlaku (P) a změny objemu (ΔU).

(3) Proces BC je izochorický a ΔU = Q

Izochorický = konstantní objem. Pevný objem je znázorněn přímkou ​​podél V² _z B do C. V tomto procesu zůstává objem konstantní, ale dochází ke změně tlaku tam, kde se tlak zvyšuje. Objem je konstantní, takže se nekoná žádná práce, kde W = 0. Vzorec pro první termodynamický zákon je ΔU = Q – W, ​​​​kde ΔU = změna vnitřní energie, Q = teplo a W = práce. Pokud se nekoná žádná práce, pak W = 0, takže ΔU = Q.

Správná odpověď je A.

18. Podívejte se na následující graf termodynamického cyklu!

Z následujícího prohlášení:

(1) A – B = izochorické, práce závisí na změnách teploty

(2) B – C = adiabatické, bez tepelné změny

(3) B – C = izobarická, práce závisí na změnách objemu

(4) C – A = proces probíhá s úsilím zvenčí systému

Pravda je…

A. (1) a (2)

B. (1) a (3)

C. (2) a (3)

D. (2) a (4)

E. (3) a (4)

Diskuse

(1) A – B = izochorické, práce závisí na změnách teploty

Ano, tento proces je izochorický (konstantní objem). Objem však zůstává konstantní, takže se nekoná žádná práce. Práce probíhá, když dojde ke změně objemu. Toto tvrzení je proto nesprávné.

(3) B – C = izobarická, práce závisí na změnách objemu

Izobarický = konstantní tlak. Konstantní tlak je znázorněn přímkou ​​z B do C. V tomto procesu dochází ke změně objemu systému, kdy se objem systému zvětšuje. Zvětšení objemu systému znamená, že systém vykonává práci na okolním prostředí.

(4) C – A = proces probíhá s úsilím zvenčí systému

V tomto procesu se objem systému zmenšuje a tlak v systému klesá. Snížení objemu systému znamená, že prostředí na systém vykonává práci. Jinými slovy, práce se vykonává externě.

Správná odpověď je E.

Zákony termodynamiky

19. Podívejte se na obrázek! Ideální plyn podléhá procesu změny tlaku (P) na objem (V). Práce, kterou plyn v tomto procesu vykoná, je…
A. 20 joulů
B. 15 joulů
C. 10 Joulů
D. 5 Joulů
E. 4 Joule
Diskuse
Je známo :
Počáteční tlak (P₁) = 4 Pa ​​​​= 4 N/m²
Konečný tlak (P₂) = 6 Pa ​​​​= 6 N/m²
Počáteční objem (V₁) = 2 XNUMX m³
Konečný objem (V₂) = 4 XNUMX m³
Zeptal se Práce vykonaná plynem (W)
Jawab :
Práce vykonaná plynem = plocha pod křivkou ab.
W = plocha trojúhelníku + plocha obdélníku
V = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
Š = 2 + 8
W = 10 Joulů
Správná odpověď je E.

20. Ideální plyn prochází uzavřeným dějem A → B → C → A. V cyklu plyn vykoná práci ve výši….
A. −2,0 × 10³ J
B. −5,5 × 10³ J
C. −8,0 x 10⁵ J
D. 2,0 x 10⁶ J
E. 4,0 x 10⁶ J
Diskuse
Práce (W) = plocha křivky (plocha trojúhelníku uvnitř čáry označené šipkou).
Š = ½ (20-10)(6 x 10⁵ - 2 x 10⁵)
Š = ½ (10)(4 × 10⁵)
W = (5)(4 × 10⁵)
Š = 20 x 10⁵ = 2 x 10⁶ joule
Správná odpověď je D.

Zdroj otázky:

Otázky z fyziky k celostátní zkoušce pro středoškolské/odborné gymnázium