Thermodynameg – problemau ac atebion
1. Yn seiliedig ar y graff PV isod, beth yw cymhareb y gwaith a wneir gan y nwy yn y broses I, i'r gwaith a wneir gan y nwy yn y broses II?
Adnabyddus:
Proses 1:
Pwysedd (P) = 20 N/ m²
Cyfaint cychwynnol (V1 ) = 10 litr = 10 dm3 = 10 x 10-3 m3
Cyfaint terfynol (V² ) = 40 litr = 40 dm³ = 40 x 10⁻³ m³
Proses 2:
Proses (P) = 15 N/ m²
Cyfaint cychwynnol (V1 ) = 20 litr = 20 dm3 = 20 x 10-3 m3
Cyfaint terfynol (V² ) = 60 litr = 60 dm³ = 60 x 10⁻³ m³
Eisiau: Cymhareb y gwaith a wneir gan nwy
Datrysiad:
Y gwaith a wneir gan nwy yn y broses I:
W = P ΔV = P (V² –V³ ) = ( 20)(40-10)(10⁻³ ) = ( 20)(30)(10⁻³ ) = (600)( 10⁻³ ) = 0.6 m³
Y gwaith a wneir gan nwy yn y broses II:
W = P ΔV = P (V² –V³ ) = ( 15)(60-20)(10⁻³ ) = ( 15)(40)(10⁻³ ) = (600)( 10⁻³ ) = 0.6 m³
Cymhareb y gwaith a wneir gan nwy ym mhroses I a phroses II:
0.6 m³ : 0.6 m³
1: 1
2.
Yn seiliedig ar y graff isod, beth yw'r gwaith a wneir gan nwy heliwm yn y broses AB?
Adnabyddus:
Pwysedd (P) = 2 x 10⁻⁶ N /m² = 2 x 10⁻⁶ Pascal
Cyfaint cychwynnol (V1 ) = 5 cm3 = 5 x 10-6 m3
Cyfaint terfynol (V² ) = 15 cm³ = 15 x 10⁻⁶ m³
Eisiau: Gwaith a wneir gan nwy mewn proses AB
Datrysiad:
W = ∆P ∆V
W = P ( V2 – V1 )
W = (2 x 10⁻⁴ ) (15 x 10⁻⁴ – 5 x 10⁻⁴ )
W = (2 x 10 5 )(10 x 10 -6 ) = (2 x 10 5 )(1 x 10 -5 )
W = 2 Joule
3.
Yn seiliedig ar y graff isod, beth yw'r gwaith a wneir ym mhroses AB?
Adnabyddus:
Pwysedd cychwynnol (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
Pwysedd terfynol (P² ) = 6 Pa = 6 N/ m²
Cyfaint cychwynnol (V1 ) = 2 m3
Cyfaint terfynol (V² ) = 4 m³
Eisiau: gwaith wedi'i wneud Rwy'n prosesu ab
Datrysiad:
Gwaith a wneir gan nwy = arwynebedd o dan y gromlin ab
W = arwynebedd triongl + arwynebedd petryal
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
4. Yn seiliedig ar y graff isod, beth yw'r gwaith a wneir ym mhroses ABCA.
Datrysiad:
Gwaith (W) = Arwynebedd y triongl ABC
W = ½ (20-10)(6 x 10 5 – 2 x 10 5 )
W = ½ (10)(4 x 10 5 )
W = (5)(4 x 105 )
W = 20 x 10 5
W = 2 x 10⁶ Joule
5. Mae injan yn amsugno 2000 Joule o wres ar dymheredd uchel ac yn gwacáu 1200 Joule o wres ar dymheredd isel. Beth yw effeithlonrwydd yr injan?
Adnabyddus:
Mewnbwn gwres (QH ) = 2000 Joule
Allbwn gwres (Q L ) = 1200 Joule
Gwaith a wneir gan yr injan (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule
Eisiau: effeithlonrwydd (e)
Datrysiad:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40%
6. Mae injan yn amsugno gwres ar 960 Kelvin ac mae'r injan yn rhyddhau gwres ar 576 Kelvin. Beth yw effeithlonrwydd yr injan?
Adnabyddus:
Tymheredd uchel (TH ) = 960 K
Tymheredd isel (T L ) = 576 K
Eisiau: effeithlonrwydd (e)
Datrysiad:
Effeithlonrwydd injan Carnot = 0.4 x 100% = 40%
7. Yn seiliedig ar y graff isod, mae'r gwaith a wneir gan yr injan yn 6000 Joule. Beth yw'r gwres a ryddheir gan yr injan ym mhob cylch?
Adnabyddus:
Gwaith (W) = 6000 Joule
Tymheredd uchel (TH ) = 800 Kelvin
Tymheredd isel (T L ) = 300 Kelvin
Eisiau: gwres a ryddheir gan yr injan
Datrysiad :
Effeithlonrwydd Carnot (delfrydol):
Gwres a amsugnir gan injan Carnot:
W = e Q 1
6000 = (0.625) C 1
C 1 = 6000 / 0.625
C 1 = 9600
Gwres a ryddheir gan injan Carnot:
C 2 = C 1 – W
C2 = 9600 – 6000
Q2 = 3600 Joule
8. Effeithlonrwydd injan Carnot yw 40%. Os yw gwres yn cael ei amsugno ar 727°C, beth yw'r tymheredd isel?
Adnabyddus:
Effeithlonrwydd (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Tymheredd uchel (T H ) = 727 o C + 273 = 1000 K
Eisiau: Tymheredd isel
Datrysiad:
TL = 600 Kelvin – 273 = 327 ° C
9. Yn seiliedig ar y graff isod, os yw'r injan yn amsugno 800 J o wres, beth yw'r gwaith a wneir gan yr injan.
Adnabyddus:
Tymheredd uchel (TH ) = 600 Kelvin
Tymheredd isel (T L ) = 250 Kelvin
Mewnbwn gwres (Q1 ) = 800 Joule
Eisiau: Gwaith (G)
Datrysiad:
Effeithlonrwydd injan Carnot:
Gwnaed y gwaith gan yr injan:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joule)
W = 466.7 Joule
10. Tymheredd uchaf injan Carnot yw 600 K. Os yw'r injan yn amsugno 600 J o wres a'r tymheredd isel yw 400 K, beth yw'r gwaith a wneir gan yr injan?
Adnabyddus:
Tymheredd isel (T L ) = 400 K
Tymheredd uchel (TH ) = 600 K
Mewnbwn gwres (Q1 ) = 600 Joule
Eisiau: Gwnaed y gwaith gan injan Carnot (W)
Datrysiad:
Effeithlonrwydd injan Carnot:
Gwnaed y gwaith gan injan Carnot:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Joule
- Beth yw prif ffocws thermodynameg? AtebMae thermodynameg yn canolbwyntio ar astudio ynni, ei drawsffurfiadau, a'i berthynas â mater, yn enwedig mewn systemau mewn cydbwysedd.
- Sut mae cyfraith sero thermodynameg yn gysylltiedig â thymheredd? AtebMae'r gyfraith sero yn nodi, os yw dau system mewn cydbwysedd thermol gyda thrydydd system, yna maent mewn cydbwysedd thermol â'i gilydd. Mae hyn yn awgrymu bodolaeth priodwedd o'r enw tymheredd, sydd yr un fath ar gyfer pob system mewn cydbwysedd thermol.
- Beth mae cyfraith gyntaf thermodynameg yn ei ddisgrifio? AtebMae'r gyfraith gyntaf, a elwir hefyd yn gyfraith cadwraeth ynni, yn nodi na ellir creu na dinistrio ynni, dim ond ei drawsnewid o un ffurf i'r llall. Mewn system gaeedig, mae'r newid mewn ynni mewnol yn hafal i'r gwres a ychwanegir at y system minws y gwaith a wneir gan y system ar ei hamgylchoedd.
- Pam mae ail gyfraith thermodynameg yn hanfodol ar gyfer deall cyfeiriad prosesau naturiol? AtebMae'r ail gyfraith yn nodi bod entropi (neu anhrefn) system ynysig bob amser yn cynyddu neu'n aros yn gyson. Mae hyn yn pennu bod ynni'n gwasgaru'n ddigymell os nad yw'n cael ei atal rhag gwneud hynny, gan roi cyfeiriad i brosesau naturiol ac yn ei hanfod yn egluro pam mae rhai prosesau'n digwydd yn ddigymell tra nad yw eraill.
- Beth yw entropi, a sut mae'n gysylltiedig ag anhrefn mewn system? AtebMae entropi yn fesur o faint o ynni mewn system nad yw ar gael i wneud gwaith. Fe'i disgrifir yn aml hefyd fel mesur o anhrefn neu hap-drefn y system. Yn gyffredinol, mae entropi uwch yn cyfateb i anhrefn neu hap-drefn mwy.
- Sut mae trydydd gyfraith thermodynameg yn disgrifio entropi grisial perffaith ar sero absoliwt? AtebMae'r drydedd gyfraith yn nodi bod entropi crisial perffaith yn union sero ar dymheredd sero absoliwt (0 Kelvin). Mae hyn yn golygu, ar y tymheredd hwn, bod y system wedi'i threfnu'n berffaith.
- Pam na all gwres lifo o gorff oerach i gorff poethach ar ei ben ei hun? AtebMae'r ymddygiad hwn yn ganlyniad i ail gyfraith thermodynameg. Pe bai gwres yn llifo o gorff oerach i un poethach yn ddigymell, byddai'n arwain at ostyngiad yn entropi cyffredinol y system, nad yw prosesau naturiol yn ei ffafrio.
- Beth yw'r gwahaniaeth rhwng system ynysig, caeedig, ac agored mewn thermodynameg? AtebNid yw system ynysig yn cyfnewid ynni na mater â'i hamgylchedd. Gall system gaeedig gyfnewid ynni ond nid yw'n gwneud gwahaniaeth â'i hamgylchedd. Gall system agored gyfnewid ynni a mater â'i hamgylchedd.
- Sut mae'r cysyniad o "waith" mewn thermodynameg yn wahanol i'r defnydd bob dydd o'r term? AtebMewn thermodynameg, mae "gwaith" yn cyfeirio at y broses o drosglwyddo ynni lle mae grymoedd a roddir ar wrthrych yn ei symud i gyfeiriad sy'n gyfochrog â'r grym. Er enghraifft, pan fydd nwy yn ehangu yn erbyn piston, mae'n gwneud gwaith ar y piston. Mae hwn yn ddiffiniad mwy penodol o'i gymharu â'r defnydd bob dydd o "waith," a allai olygu unrhyw dasg neu weithgaredd yn syml.
-
Beth yw cylchred Carnot, a pham ei fod yn arwyddocaol mewn thermodynameg? Ateb : Cylchred thermodynamig delfrydol yw cylchred Carnot sy'n darparu terfyn uchaf ar yr effeithlonrwydd y gall unrhyw beiriant thermodynamig clasurol ei gyflawni wrth drosi gwres yn waith (neu i'r gwrthwyneb). Mae'n arwyddocaol oherwydd ei fod yn gosod terfyn effeithlonrwydd sylfaenol yn seiliedig ar dymheredd y cronfeydd gwres y mae injan yn gweithredu rhyngddynt.
