Eksempelspørgsmål om termodynamik

20 eksempler på termodynamiske spørgsmål

Termodynamisk proces

1. I termodynamik gennemgår en idealgas en isotermisk proces, hvis…

A. ændringer i gasformen, temperaturen forbliver altid konstant

B. alle molekyler bevæger sig med forskellige hastigheder

C. Alle gasforhold ændrer altid temperatur

D. ved høje temperaturer er molekylernes hastighed højere

E. gastryk og -volumen ændrer sig ikke

Diskussion

Isotermisk eller isotermisk betyder konstant temperatur.

Det rigtige svar er A.

2. Alle ideelle gasser gennemgår en isokorisk proces, så...

A. alle molekyler har samme hastighed

B. ved høje temperaturer er molekylernes gennemsnitshastighed større

C. gastrykket forbliver konstant

D. gassen vil udføre arbejde

E. har ingen indre energi

Diskussion

Isokorisk = konstant volumen.

Det rigtige svar er B.

3. Den korrekte påstand om termodynamiske processer er…

A. Isobar er processen med at ændre gas ved konstant tryk.

B. Isobar er processen med at ændre gas ved en konstant temperatur.

C. Isokorisk er en proces, hvor gas ændres ved konstant tryk.

D. isoterm er processen med at ændre gas ved et konstant volumen.

E. Isokorisk er en proces, hvor gas ændres ved en konstant temperatur.

Diskussion

Isobarisk = konstant tryk

Isokorisk = konstant volumen

Isotermisk = konstant temperatur

Det rigtige svar er A.

Termodynamikkens første lov

4. Ud fra PV-grafen nedenfor er mængden af ​​gasarbejde i proces I og II proportional med...

A. 4: 3

B. 3: 4

Kapitel 2:3

D. 1:2

E. 1: 1

Diskussion

Det er kendt, at:

Proces 1:

Tryk (P) = 20 N/ ^m²

Startvolumen (V1 ⁾ ₌ 10 liter = 10 dm3 ⁼ 10 x ^10-3 m3

Slutvolumen (V² ₎ = 40 liter = 40 dm³ ^{= 40} x ^10⁻³ m³

Proces 2:

Tryk (P) = 15 N/ ^m²

Startvolumen (V1 ⁾ ₌ 20 liter = 20 dm3 ⁼ 20 x ^10-3 m3

Slutvolumen (V² ₎ = 60 liter = 60 dm³ ^{= 60} x ^10⁻³ m³

Spurgte:

Svar:

Igangværende gasarbejde 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

Gasarbejde i proces 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

Sammenligning af gasarbejde i proces I og II:

0,6 m³ ^: 0,6 ^m³

1: 1

Det rigtige svar er E.

5. Ud fra P-V-grafen er mængden af ​​gasarbejde i proces I og II proportional med...

A. 4: 3

B. 3: 4

Kapitel 2:3

D. 1:2

E. 1: 1

Diskussion

Det er kendt, at:

Proces I:

Tryk (P) = 20 Pascal

Volumen 1 (V1 ₎ = 10 liter

Volumen 2 (V2 ₎ = 40 liter

Proces II:

Tryk (P) = 15 Pascal

Volumen 1 (V1 ₎ = 20 liter

Volumen 2 (V2 ₎ = 60 liter

Spørgsmål: Sammenligning af gasarbejde i proces I og II

Svar:

Den termodynamiske proces baseret på grafen ovenfor er en isobar proces (konstant tryk).

Arbejde udført af gassen i proces I:

W = P ( _V2 – _V1 )

W = (20)(40 – 10)

W = (20)(30)

W=600

Arbejde udført af gassen i proces II:

W = P ( _V2 – _V1 )

W = (15)(60 – 20)

W = (15)(40)

W=600

Sammenligning af gasarbejde i proces I og II:

600: 600

1: 1

Det rigtige svar er E.

6. Heliumgas opvarmes i henhold til PV-grafen nedenfor. Arbejdet udført af heliumgas i AB-processen er...

A. 15 joule

B. 10 joule

C. 8 joule

D. 4 joule

E. 2 joule

Diskussion

Det er kendt, at :

Tryk (P) = 2 x 10⁻⁶ ^N /m² ⁼ 2 x ^10⁻⁶ Pascal

Startvolumen (V1 ⁾ ₌ 5 cm3 ⁼ 5 x ^10-6 m3

Slutvolumen (V² ) ₌ ¹⁵ cm³ = 15 x ^{10⁻⁶ m³}

Spørgsmål : Det arbejde, gassen udfører i AB-processen

Svar :

W = ∆P ∆V

W = P ( _V2 – _V1 )

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

W = (2 x 10⁻⁴ ⁾ (10 x ^10⁻⁶ ) = (2 x ^10⁻⁴ )(1 x ^10⁻⁴ )

W = 2 Joule

Det rigtige svar er E.

7. Se på billedet! En ideel gas gennemgår en proces, hvor tryk (P) ændres til volumen (V). Arbejdet udført af gassen i denne proces er…

A. 20 Joule

B. 15 joule

Ca. 10 joule

D. 5 joule

E. 4 joule

Diskussion

Det er kendt, at :

Starttryk (P1 ₎ = 4 Pa ​​= 4 N/ ^m2

Sluttryk (P² ₎ = 6 Pa = 6 N/ ^m²

Startvolumen (V1 ₎ = 2 ^m3

Slutvolumen (V² ₎ = 4 ^m³

Ønskes : Arbejde udført med gas (W)

Svar :

Arbejde udført af gas = arealet under kurven ab.

W = areal af trekant + areal af rektangel

V = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

B = 2 + 8

W = 10 Joule

Det rigtige svar er E.

8. En idealgas gennemgår en lukket proces A → B → C → A. I en cyklus udfører gassen et arbejde svarende til….

A. -X 2,0 10³ J

B. − 5,5 x ^10³ J

C. − 8,0 x ^10⁻⁶ J

D. 2,0 x ¹⁰⁶ J

E. 4,0 x ¹⁰⁶ J

Diskussion

Arbejde (W) = kurvens areal (trekantens areal inden for linjen markeret med pilen).

B = ½ (20-10)(6 x 10⁻⁶ ^– 2 x ^10⁻⁶ )

B = ½ (10)(4 x ¹⁰⁵ )

W = (5)(4 x ¹⁰⁵ )

B = 20 x 10⁶ ⁼ 2 x ^10⁶ Joule

Det rigtige svar er D.

Varmemotor

9. En maskine absorberer 2.000 joule varme fra et højtemperaturreservoir og afgiver 1.200 joule til et lavtemperaturreservoir. Maskinens effektivitet er ….

A. 80%

B. 75%

Ca. 60%

D. 50%

E. 40 %

Diskussion

Det er kendt, at:

Varmeabsorberet (QH ₎ = 2000 Joule

Varmeafgivelse (QL ₎ = 1200 Joule

Arbejde produceret af maskinen (W) = 2000 – 1200 = 800 joule

Spørgsmål : Virkningsgrad af varmemotor (e)

Svar :

Formlen for effektiviteten af ​​en varmemotor:

e = W / Q _H = 800/2000 = 0,4 x 100% = 40%

Det rigtige svar er E.

Carnot-motor

10. Virkningsgraden af ​​en Carnot-motor, hvis cyklus absorberer varme ved en temperatur på 960 K og afgiver varme ved en temperatur på 576 K, er...

A. 40%

B. 50%

Ca. 56%

D. 60%

E. 80 %

Diskussion

Det er kendt, at :

Høj temperatur (TH ₎ = 960 K

Lav temperatur (TL ₎ = 576 K

Spørgsmål : Carnot-motorens effektivitet (e)

Svar :

Virkningsgraden af ​​en Carnot-motor er 0,4 x 100% = 40%

Det rigtige svar er A.

11. I PV-grafen for Carnot-motoren nedenfor er W = 6.000 Joule. Mængden af ​​varme, der frigives af motoren pr. cyklus, er...

A. 2.250 joule

B. 3.000 joule

C. 3.750 joule

D. 6.000 joule

E. 9.600 joule

Diskussion

Det er kendt, at:

Arbejde (W) = 6000 Joule

Højeste temperatur (TH ₎ = 800 Kelvin

Lav temperatur (T _L ) = 300 Kelvin

Spurgt: Q

Svar:

Virkningsgraden af ​​en ideel varmemotor (Carnot-motor):

Varme absorberet af Carnot-motoren:

W = e Q ₁

6000 = (0,625) _Q1

Q1 ₌ 6000 / 0,625

Q1 = ₉₆₀₀

Varmeafgivelse fra en Carnot-motor:

Q2 = _Q1 – _W

Q2 = 9600 – ₆₀₀₀

Q² = ₃₆₀₀ Joule

Der er intet rigtigt svar.

12. En Carnot-motor med en virkningsgrad på 40% bruger et varmt reservoir med en temperatur på 727°C. Bestem temperaturen på det kolde reservoir!

A. 327°C

B. 357°C

400°C

D. 600°C

Ø. 627°C

Diskussion

Det er kendt, at:

Effektivitet (e) = 40% = 40/100 = 0,4

Højeste temperatur (TH ₎ = 727 ^° C + 273 = 1000 K

Spørgsmål: Bestem temperaturen i det kolde reservoir

Svar:

Reservoirtemperaturen er 600–273 = 327 ^° C

Det rigtige svar er A.

13. P-V-grafen for en Carnot-motor ser ud som følgende figur! Hvis motoren absorberer 800 J varme, så er det udførte arbejde…

A. 105,5 J

B. 252,6 J

C. 336,6 J

D. 466,7 J

E. 636,7 J

Diskussion

Det er kendt, at:

Højeste temperatur (TH ₎ = 600 Kelvin

Lav temperatur (T _L ) = 250 Kelvin

Varmeabsorberet (Q1 ₎ = 800 Joule

Spurgt: Indsats (W)

Svar:

Virkningsgraden af ​​en ideel varmemotor (Carnot-motor):

De indsatser, der er gjort, er:

W = e Q ₁

W = (7/12)(800 joule)

W = 466,7 Joule

Det rigtige svar er D.

14. En Carnot-motor kører ved en høj temperatur på 600 K for at producere mekanisk arbejde. Hvis motoren absorberer 600 J varme ved en lav temperatur på 400 K, så er det producerede arbejde….

A. 120 J

B. 124 J

C. 135 J

D. 148 J

E. 200 J

Diskussion

Det er kendt, at :

Lav temperatur (TL ₎ = 400 K

Høj temperatur (TH ₎ = 600 K

Varmeabsorberet (Q1 ₎ = 600 Joule

Ønskes : Arbejde produceret af Carnot-motoren (W)

Svar :

Virkningsgraden af ​​en ideel varmemotor (Carnot-motor):

Arbejde udført af Carnot-motoren:

W = e Q ₁

W = (1/3)(600) = 200 joule

Det rigtige svar er E.

Kinetisk gasteori og termodynamik

15. I en tank er der en idealgas med et volumen på 4 liter, en temperatur på 27 ^° C og et tryk på 3 atm (1 atm = 10⁻⁶ ^Nm⁻² ) ^. Gassen gennemgår en opvarmningsproces ved konstant tryk, indtil temperaturen er 87 ^° C. Gassens varmekapacitet er 9 JK⁻¹ ^. Gassens slutvolumen og ændringen i gassens indre energi er henholdsvis...

A. 4,2 liter, ΔU = 200 joule

B. 4,4 liter, ΔU = 240 joule

C. 4,6 liter, ΔU = 280 joule

D. 4,8 liter, ΔU = 300 joule

E. 4,8 liter, ΔU = 360 joule

Diskussion

Isobarisk proces (konstant tryk)

Det er kendt, at:

Det oprindelige volumen af ​​en idealgas (V1 ₎ = 4 liter

Begyndelsestemperaturen for en idealgas (T1 ₎ = 27 ^° C + 273 = 300 K

Sluttemperatur for idealgas (T2 ₎ = 87 ^° C + 273 = 360 K

Ideelt gastryk (P) = 3 atm = 3 ^{x 10⁻⁶} Nm⁻²

Gassens varmekapacitet (C) = 9 JK ^-1

Spørgsmål: Slutvolumen af ​​gas (V² ₎ og ændring i gassens indre energi (ΔU)

Svar:

Beregn det endelige volumen ved hjælp af Charles' lovformel (isobarisk proces eller konstant tryk):

Lydstyrkeændring:

1 liter = 0,001 ^m³

Startvolumen (V1 ₎ = 4 (0,001 m3 ⁾ = 0,004 ^m3

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

Ændring i volumen ( ΔV) = V2 _– V1 ₌ 0,0048 m3 ^– 0,004 m3 ⁼ 0,008 ^m3.

Temperaturændringer:

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

Beregn ændringen i indre energi (ΔU) for en idealgas ved hjælp af formlen for termodynamikkens første lov:

ΔU = Q – W

Beskrivelse: ΔU = ændring i indre energi, Q = varme, W = arbejde.

Beregn arbejdet (W) ved konstant tryk:

W = P ΔV = (3 x 10 ⁵ )( 0,0008) = (3 x 10 ¹ )( 8) = (30)(8) = 240 joule

Beregn varmen (Q) ved hjælp af varmekapacitetsformlen (C):

C = Q / ΔT

Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 Joule

Beregn ændringen i indre energi:

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

Det rigtige svar er D.

16. I en tank er der 6 liter idealgas med et tryk på 2 atm (1 atm = 10⁻⁶ ^Nm⁻² ) og en temperatur på 27 ^{° C .} Gassen opvarmes til en temperatur på 77 ^° C ved konstant tryk. Hvis gassens varmekapacitet er 5 JK⁻¹ ^, er det endelige volumen og ændringen i gassens indre energi henholdsvis….

A. 8 liter; ΔU = 250 joule

B. 8 liter; ΔU = 200 joule

C. 7 liter; ΔU = 100 joule

D. 7 liter; ΔU = 50 joule

E. 7 liter; ΔU = 20 joule

Diskussion

Isobarisk proces (konstant tryk)

Det er kendt, at:

Det oprindelige volumen af ​​en idealgas (V1 ₎ = 6 liter

Begyndelsestemperaturen for en idealgas (T1 ₎ = 27 ^° C + 273 = 300 K

Sluttemperatur for idealgas (T2 ₎ = 77 ^° C + 273 = 350 K

Ideelt gastryk (P) = 2 atm = 2 ^{x 10⁻⁶} Nm⁻²

Gassens varmekapacitet (C) = 5 JK ^-1

Spørgsmål: Slutvolumen af ​​gas (V² ₎ og ændring i gassens indre energi (ΔU)

Svar:

Beregn det endelige volumen ved hjælp af Charles' lovformel (isobarisk proces eller konstant tryk):

Lydstyrkeændring:

1 liter = 0,001 ^m³

Startvolumen (V1 ₎ = 6 (0,001 m3 ⁾ = 0,006 ^m3

Slutvolumen (V² ) ₌ 7 (0,001 m³ ⁾ = 0,007 ^m³

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

Temperaturændringer:

Temperaturændring ( _ΔT ) = T2 – T1 ₌ 350 K – 300 K = 50 K

Beregn ændringen i indre energi (ΔU) for en idealgas ved hjælp af formlen for termodynamikkens første lov:

ΔU = Q – W

Beskrivelse: ΔU = ændring i indre energi, Q = varme, W = arbejde.

Beregn arbejdet (W) ved konstant tryk:

W = P ΔV = (2 x 10 ⁵ )( 0,001) = (2 x 10 ² )(1 ) = (200)(1) = 200 joule

Beregn varmen (Q) ved hjælp af varmekapacitetsformlen (C):

C = Q / ΔT

Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 Joule

Beregn ændringen i indre energi:

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

Det rigtige svar er D.

Termodynamisk proces

17. Se på grafen på siden og de følgende udsagn!

(1) AB-processen er isobar, og W = P (V₂ - V₁)

(2) Processen BC er adiabatisk, og ΔU = Q

(3) Processen BC er isokorisk, og ΔU = Q

(4) CA-processen er isotermisk, og systemet absorberer varme.

Den korrekte udtalelse er…

A. (1) og (3)

B. (1) og (4)

C. (2) og (3)

D. (2) og (4)

E. (3) og (4)

Diskussion

(1 ) AB-processen er isobar, og W = P ( _V² – _V¹ )

Isobarisk = konstant tryk. Konstant tryk er angivet med en ret linje langs P1 _fra A til B. I denne proces forbliver trykket konstant, men der er en ændring i volumen, hvor volumen stiger. Hvis volumen stiger, udfører systemet arbejde på miljøet, hvor mængden af ​​arbejde (W) er resultatet af produktet af tryk (P) og ændringen i volumen (ΔU).

(3) Processen BC er isokorisk, og ΔU = Q

Isokorisk = konstant volumen. Et fast volumen er angivet med en ret linje langs V₂ _fra B til C. I denne proces forbliver volumenet konstant, men der er en ændring i trykket, hvor trykket stiger. Volumenet er konstant, så der udføres intet arbejde, hvor W = 0. Formlen for termodynamikkens første lov er ΔU = Q – W, ​​hvor ΔU = ændring i indre energi, Q = varme og W = arbejde. Hvis der ikke er noget arbejde, er W = 0, så ΔU = Q.

Det rigtige svar er A.

18. Se på følgende termodynamiske cyklusgraf!

Fra følgende udsagn:

(1) A – B = isokorisk, arbejdet afhænger af temperaturændringer

(2) B – C = adiabatisk, ingen varmeændring

(3) B – C = isobarisk, arbejdet afhænger af ændringer i volumen

(4) C – A = processen sker med indsats udefra systemet

Sandheden er…

A. (1) og (2)

B. (1) og (3)

C. (2) og (3)

D. (2) og (4)

E. (3) og (4)

Diskussion

(1) A – B = isokorisk, arbejdet afhænger af temperaturændringer

Ja, denne proces er isokorisk (konstant volumen). Volumen forbliver dog konstant, så der udføres intet arbejde. Arbejde opstår, når der er en ændring i volumen. Derfor er denne påstand forkert.

(3) B – C = isobarisk, arbejdet afhænger af ændringer i volumen

Isobarisk = konstant tryk. Konstant tryk er angivet med en lige linje fra B til C. I denne proces sker der en ændring i systemets volumen, hvor systemets volumen stiger. En stigning i systemets volumen betyder, at systemet udfører arbejde på miljøet.

(4) C – A = processen sker med indsats udefra systemet

I denne proces falder systemets volumen, og systemtrykket falder. Et fald i systemvolumen betyder, at miljøet udfører arbejde på systemet. Med andre ord udføres der arbejde eksternt.

Det rigtige svar er E.

Termodynamikkens love

19. Se på billedet! En ideel gas gennemgår en proces, hvor tryk (P) ændres til volumen (V). Arbejdet udført af gassen i denne proces er…
A. 20 Joule
B. 15 joule
Ca. 10 joule
D. 5 joule
E. 4 joule
Diskussion
Det er kendt :
Starttryk (P₁) = 4 Pa ​​= 4 N/m²
Sluttryk (P₂) = 6 Pa ​​= 6 N/m²
Startvolumen (V₁) = 2 meter³
Slutvolumen (V₂) = 4 meter³
Spurgte Arbejde udført af gassen (W)
Jawab :
Arbejde udført af gas = arealet under kurven ab.
W = areal af trekant + areal af rektangel
V = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
B = 2 + 8
W = 10 Joule
Det rigtige svar er E.

20. En idealgas gennemgår en lukket proces A → B → C → A. I en cyklus udfører gassen et arbejde svarende til….
A. −2,0 x 10³ J
B. −5,5 x 10³ J
C. −8,0 x 10⁵ J
D. 2,0 x 10⁶ J
E. 4,0 x 10⁶ J
Diskussion
Arbejde (W) = kurvens areal (trekantens areal inden for linjen markeret med pilen).
B = ½ (20-10)(6 x 10⁵ - 2 x 10⁵)
B = ½ (10)(4 x 10⁵)
W = (5)(4 x 10⁵)
B = 20 x 10⁵ = 2 x 10⁶ Joule
Det rigtige svar er D.

Spørgsmålskilde:

Nationale eksamensspørgsmål i fysik til gymnasiet/erhvervsgymnasiet