Termodinamiko - problemoj kaj solvoj
1. Surbaze de la grafikaĵo PV sube, kio estas la rilatumo inter la laboro farita de la gaso en la procezo I kaj la laboro farita de la gaso en la procezo II?
Konata:
Procezo 1:
Premo (P) = 20 N/ m²
Komenca volumeno (V₁ ) = 10 litroj = 10 dm³ = 10 × 10⁻³ m³
Fina volumeno (V₂ ) = 40 litroj = 40 dm³ = 40 × 10⁻³ m³
Procezo 2:
Procezo (P) = 15 N/ m²
Komenca volumeno (V₁ ) = 20 litroj = 20 dm³ = 20 × 10⁻³ m³
Fina volumeno (V₂ ) = 60 litroj = 60 dm³ = 60 × 10⁻³ m³
Dezirata: La rilatumo de la laboro farita de gaso
Solvo:
La laboro farita de gaso en la procezo 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
La laboro farita de gaso en la procezo 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
La proporcio de la laboro farita de gaso en la procezo I kaj la procezo II:
0.6 m³ : 0.6 m³
1: 1
2.
Surbaze de la suba grafikaĵo, kia estas la laboro farita de heliuma gaso en la procezo AB?
Konata:
Premo (P) = 2 x 10⁵ N /m² = 2 x 10⁵ Paskaloj
Komenca volumeno (V₁ ) = 5 cm³ = 5 × 10⁻⁶ m³
Fina volumeno (V₂ ) = 15 cm³ = 15 × 10⁻⁶ m³
Dezirata: Laboro farita de gaso en procezo AB
Solvo:
W = ∆P ∆V
W = P ( V² – V¹ )
W = (2 x 10⁵ ) (15 x 10⁻⁶ – 5 x 10⁻⁶ )
W = (2 x 10⁵ ) (10 x 10⁻⁶ ) = (2 x 10⁵ )(1 x 10⁻⁵ )
W = 2 Ĵuloj
3.
Surbaze de la suba grafikaĵo, kia estas la laboro farita en la procezo AB?
Konata:
Komenca premo (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
Fina premo (P² ) = 6 Pa = 6 N/ m²
Komenca volumeno (V1 ) = 2 m3
Fina volumeno (V² ) = 4 m³
Bezonata: laboro farita, mi prilaboras ab
Solvo:
Laboro farita de gaso = areo sub kurbo ab
W = areo de triangulo + areo de rektangulo
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Ĵuloj
4. Surbaze de la suba grafikaĵo, kia estas la laboro farita en la procezo ABCA?
Solvo:
Laboro (W) = Areo de la triangulo ABC
W = ½ (20-10)(6 x 10⁻⁵ – 2 x 10⁻⁵ )
W = ½ (10)(4 × 10⁻⁵ )
W = (5)(4 x 10⁻⁵ )
L = 20 × 10⁵
W = 2 x 10⁶ Ĵuloj
5. Motoro sorbas 2000 Ĵulojn da varmo je alta temperaturo kaj eligas 1200 Ĵulojn da varmo je malalta temperaturo. Kio estas la efikeco de la motoro?
Konata:
Varmenigo (Q H ) = 2000 Ĵuloj
Varmoproduktado (Q L ) = 1200 Ĵuloj
Laboro farita de la motoro (W) = 2000 – 1200 = 800 Ĵuloj
Dezirata: efikeco (e)
Solvo:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 × 100%
e = 40%
6. Motoro sorbas varmon je 960 Kelvinoj kaj la motoro eligas varmon je 576 Kelvinoj. Kio estas la efikeco de la motoro?
Konata:
Alta temperaturo (T H ) = 960 K
Malalta temperaturo (T L ) = 576 K
Dezirata: efikeco (e)
Solvo:
Efikeco de Carnot-motoro = 0.4 x 100% = 40%
7. Surbaze de la suba grafikaĵo, la laboro farita de la motoro estas 6000 Ĵuloj. Kiom da varmo estas eligita de la motoro en ĉiu cirklo?
Konata:
Laboro (W) = 6000 Ĵuloj
Alta temperaturo (T H ) = 800 Kelvinoj
Malalta temperaturo (T L ) = 300 Kelvinoj
Dezirata: varmo eligita de la motoro
Solvo :
Carnot (ideala) efikeco:
Varmo absorbita de la motoro de Carnot:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q1
Q1 = 6000 / 0.625
Q1 = 9600
Varmo eligita de la motoro de Carnot:
Q₂ = Q₁ – W
Q₂ = 9600 – 6000
Q² = 3600 Ĵuloj
8. La efikeco de Carnot-motoro estas 40%. Se varmo estas absorbita je 727 °C, kio estas la malalta temperaturo?
Konata:
Efikeco (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Alta temperaturo (T H ) = 727 ° C + 273 °F = 1000 °K
Dezirata: Malalta temperaturo
Solvo:
T L = 600 Kelvinoj – 273 = 327 ° C
9. Surbaze de la suba grafikaĵo, se la motoro absorbas 800 J da varmo, kia estas la laboro farita de la motoro?
Konata:
Alta temperaturo (T H ) = 600 Kelvinoj
Malalta temperaturo (T L ) = 250 Kelvinoj
Varmenigo (Q1 ) = 800 Ĵuloj
Dezirata: Laboro (V)
Solvo:
La efikeco de la motoro de Carnot:
Laboron faris la motoro:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Ĵuloj)
W = 466.7 Ĵuloj
10. La alta temperaturo de motoro de Carnot estas 600 K. Se la motoro sorbas 600 J da varmo kaj la malalta temperaturo estas 400 K, kia estas la laboro farita de la motoro?
Konata:
Malalta temperaturo (T L ) = 400 K
Alta temperaturo (T H ) = 600 K
Varmenigo (Q1 ) = 600 Ĵuloj
Dezirata: Laboro estis farita per la motoro de Carnot (W)
Solvo:
La efikeco de la motoro de Carnot:
Laboron faris la motoro de Carnot:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Ĵuloj
- Kio estas la ĉefa fokuso de termodinamiko? respondoTermodinamiko fokusiĝas al la studo de energio, ĝiaj transformoj, kaj ĝia rilato kun materio, precipe en sistemoj en ekvilibro.
- Kiel rilatas la nula leĝo de termodinamiko al temperaturo? respondoLa nula leĝo deklaras, ke se du sistemoj estas ĉiu en termika ekvilibro kun tria sistemo, tiam ili estas en termika ekvilibro unu kun la alia. Tio implicas la ekziston de eco nomata temperaturo, kiu estas la sama por ĉiuj sistemoj en termika ekvilibro.
- Kion priskribas la unua leĝo de termodinamiko? respondoLa unua leĝo, ankaŭ konata kiel la leĝo de energikonservado, deklaras, ke energio ne povas esti kreita aŭ detruita, nur konvertita de unu formo al alia. En fermita sistemo, la ŝanĝo en interna energio egalas al la varmo aldonita al la sistemo minus la laboro farita de la sistemo sur sia ĉirkaŭaĵo.
- Kial la dua leĝo de termodinamiko estas decida por kompreni la direkton de naturaj procezoj? respondoLa dua leĝo deklaras, ke la entropio (aŭ malordo) de izolita sistemo ĉiam pliiĝas aŭ restas konstanta. Ĉi tio diktas, ke energio spontanee disiĝas se ne malhelpata fari tion, provizante direkton al naturaj procezoj kaj esence klarigante kial certaj procezoj okazas spontanee dum aliaj ne.
- Kio estas entropio, kaj kiel ĝi rilatas al malordo en sistemo? respondoEntropio estas mezuro de la kvanto da energio en sistemo, kiu ne estas disponebla por fari laboron. Ĝi ankaŭ ofte priskribiĝas kiel mezuro de la malordo aŭ hazardo de la sistemo. Ĝenerale, pli alta entropio respondas al pli granda malordo aŭ hazardo.
- Kiel la tria leĝo de termodinamiko priskribas la entropion de perfekta kristalo ĉe absoluta nulo? respondoLa tria leĝo deklaras, ke la entropio de perfekta kristalo estas ekzakte nulo je absoluta nula temperaturo (0 Kelvinoj). Tio signifas, ke je tiu temperaturo, la sistemo estas perfekte orda.
- Kial varmo ne povas flui de pli malvarma korpo al pli varma korpo memstare? respondoĈi tiu konduto estas konsekvenco de la dua leĝo de termodinamiko. Se varmo fluus de pli malvarma korpo al pli varma spontane, tio kondukus al malpliiĝo de la totala entropio de la sistemo, kion ne favoras naturaj procezoj.
- Kio estas la diferenco inter izolita, fermita kaj malfermita sistemo en termodinamiko? respondoIzolita sistemo ne interŝanĝas energion aŭ materion kun sia ĉirkaŭaĵo. Fermita sistemo povas interŝanĝi energion sed ĝi ne gravas kun sia ĉirkaŭaĵo. Malfermita sistemo povas interŝanĝi kaj energion kaj materion kun sia ĉirkaŭaĵo.
- Kiel la koncepto de "laboro" en termodinamiko diferencas de la ĉiutaga uzo de la termino? respondoEn termodinamiko, "laboro" rilatas al la procezo de energitransigo, kie fortoj aplikitaj al objekto movas ĝin en direkto paralela al la forto. Ekzemple, kiam gaso ekspansiiĝas kontraŭ piŝto, ĝi faras laboron sur la piŝto. Ĉi tio estas pli specifa difino kompare kun la ĉiutaga uzo de "laboro", kiu povus simple signifi ajnan taskon aŭ agadon.
-
Kio estas ciklo de Carnot, kaj kial ĝi estas grava en termodinamiko? Respondo : La ciklo de Carnot estas idealigita termodinamika ciklo, kiu provizas supran limon por la efikeco, kiun iu ajn klasika termodinamika motoro povas atingi dum la konverto de varmo en laboron (aŭ inverse). Ĝi estas grava ĉar ĝi starigas fundamentan efikeclimon bazitan sur la temperaturoj de la varmorezervujoj, inter kiuj motoro funkcias.
