Termodinamika: arazoak eta irtenbideak

Termodinamika: arazoak eta irtenbideak

Termodinamikaren lehen legea

1. Beheko PV grafikoan oinarrituta, zein da hauen arteko erlazioa? lan I prozesuan gasak egindako lanari, II prozesuan gasak egindako lanari?

Ezaguna:

1. prozesua:

Presioa (P) = 20 N/m²

Hasierako bolumena (V₁) = 10 litro = 10 dm³ = 10 x 10^-3 m³

Azken bolumena (V₂) = 40 litro = 40 dm³ = 40 x 10^-3 m³

2. prozesua:

Prozesua (P) = 15 N/m²

Hasierako bolumena (V₁) = 20 litro = 20 dm³ = 20 x 10^-3 m³

Azken bolumena (V₂) = 60 litro = 60 dm³ = 60 x 10^-3 m³

Bilatzen da: Gasak egindako lanaren arteko erlazioa

irtenbidea:

I prozesuan gasak egindako lana:

W = P ΔV = P (V₂–V₁) = (20)(40-10)(10^-3 m³) = (20)(30)(10^-3 m³) = (600)(10^-3 m³) = 0.6 metro³

II prozesuan gasak egindako lana:

W = P ΔV = P (V₂–V₁) = (15)(60-20)(10^-3 m³) = (15)(40)(10^-3 m³) = (600)(10^-3 m³) = 0.6 metro³

I. prozesuan eta II. prozesuan gasak egindako lanaren arteko erlazioa:

0.6 m³ : 0.6 m³

1: 1

2.

Beheko grafikoan oinarrituta, zein da helio gasak egindako lana AB prozesuan?

Ezaguna:

Presioa (P) = 2 x 10⁵ N / m² = 2 x 10⁵ Pascal

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

Azken bolumena (V₂) = 15 cm³ = 15 x 10^-6 m³

Bilatzen da: AB prozesuan gasak egindako lana

irtenbidea:

W = ∆P ∆V

W = P (V₂ - V.₁)

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 Joule

3.

Beheko grafikoan oinarrituta, zein da AB prozesuan egindako lana?

Ezaguna:

Hasierako presioa (P₁) = 4 Pa ​​​​= 4 N/m²

Azken presioa (P₂) = 6 Pa ​​​​= 6 N/m²

Hasierako bolumena (V₁) = 2 metro³

Azken bolumena (V₂) = 4 metro³

Bilatzen da: egindako lana prozesatzen dut ab

irtenbidea:

Gasak egindako lana = ab kurbaren azpiko azalera

W = triangeluaren azalera + laukizuzenaren azalera

W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

W = 2 + 8

W = 10 Joule

4. Beheko grafikoan oinarrituta, zein da ABCA prozesuan egindako lana?

irtenbidea:

Lana (W) = ABC triangeluaren azalera

W = ½ (20-10)(6 x 10⁵ - 2 x 10⁵)

W = ½ (10)(4 x 10⁵)

W = (5)(4 x 10⁵)

W = 20 x 10⁵

W = 2 x 10⁶ Joule

Motor termikoa

5. Motor batek 2000 Joule bero xurgatzen ditu tenperatura altuan eta 1200 Joule bero askatzen ditu tenperatura baxuan. Zein da motorraren eraginkortasuna?

Ezaguna:

Bero-sarrera (Q_H) = 2000 Joule

Bero-irteera (Q)_L) = 1200 Joule

Motorrak egindako lana (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule

Bilatzen da: eraginkortasuna (e)

irtenbidea:

e = W / Q_H

e = 800/2000

e = 0.4 x % 100

e = %40

Carnot motorra

6. Motor batek 960 Kelvin-en beroa xurgatzen du eta motorrak 576 Kelvin-en beroa isurtzen du. Zein da motorraren eraginkortasuna?

Ezaguna:

Tenperatura altua (T_H) = 960 K

Tenperatura baxua (T_L) = 576 K

SE bila: eraginkortasuna (e)

irtenbidea:

Carnot motorraren eraginkortasuna = 0.4 x % 100 = % 40

7. Beheko grafikoan oinarrituta, motorrak egindako lana 6000 Joulekoa da. Zenbat bero askatzen du motorrak zirkulu bakoitzak?

Ezaguna:

Lana (W) = 6000 Joule

Tenperatura altua (T_H) = 800 Kelvin

Tenperatura baxua (T_L) = 300 Kelvin

SE bila: motorrak askatzen duen beroa

Irtenbidea :

Carnot-en (eraginkortasun ideala):

Carnot motorrak xurgatzen duen beroa:

W = e Q₁

6000 = (0.625) Q₁

Q₁ = 6000/0.625

Q₁ = 9600

Carnot motorrak askatzen duen beroa:

Q₂ = Q₁ - M

Q₂ = 9600 - 6000

Q₂ = 3600 Joule

8. Carnot motor baten eraginkortasuna % 40koa da. 727 °C-tan beroa xurgatzen bada, zein da tenperatura baxuena?

Ezaguna:

Eraginkortasuna (e) = % 40 = 40/100 = 0.4

Tenperatura altua (T_H) = 727^oC + 273 = 1000 K

Bilatzen da: Tenperatura baxua

irtenbidea:

T_L = 600 Kelvin – 273 = 327^oC

9. Beheko grafikoan oinarrituta, motorrak 800 J bero xurgatzen baditu, zein da motorrak egindako lana?

Ezaguna:

Tenperatura altua (T_H) = 600 Kelvin

Tenperatura baxua (T_L) = 250 Kelvin

Bero-sarrera (Q₁) = 800 Joule

SE bila: Lana (G)

irtenbidea:

Carnot motorraren eraginkortasuna:

Motorrak egin zuen lana:

W = e Q₁

W = (7/12)(800 Joule)

W = 466.7 Joule

10. Carnot motor baten tenperatura gorena 600 K-koa da. Motorrak 600 J bero xurgatzen badu eta tenperatura baxuena 400 K bada, zein da motorrak egindako lana?

Ezaguna:

Tenperatura baxua (T_L) = 400 K

Tenperatura altua (T_H) = 600 K

Bero-sarrera (Q₁) = 600 Joule

SE bila: Lana Carnot motorrak egin zuen (W)

irtenbidea:

Carnot motorraren eraginkortasuna:

Carnot motorrak egindako lana:

W = e Q₁

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

1. Zein da termodinamikaren ardatz nagusia? ErantzunaTermodinamikak energia, haren eraldaketak eta materiarekin duen harremana aztertzen ditu, batez ere orekan dauden sistemetan.
2. Nola erlazionatzen da termodinamikaren zerogarren legea tenperaturarekin? ErantzunaZero legeak dioenez, bi sistema hirugarren sistema batekin oreka termikoan badaude, elkarren artean oreka termikoan daude. Horrek tenperatura izeneko propietate baten existentzia inplikatzen du, eta hau berdina da oreka termikoan dauden sistema guztientzat.
3. Zer deskribatzen du termodinamikaren lehenengo legeak? ErantzunaLehenengo legeak, energiaren kontserbazioaren legea bezala ere ezagutzen denak, dio energia ezin dela sortu edo suntsitu, forma batetik bestera bihurtu baizik. Sistema itxi batean, barne-energiaren aldaketa sistemari gehitzen zaion beroaren berdina da, sistemak ingurunean egindako lana kenduta.
4. Zergatik da termodinamikaren bigarren legea funtsezkoa prozesu naturalen norabidea ulertzeko? ErantzunaBigarren legeak dio sistema isolatu baten entropia (edo desordena) beti handitzen edo konstante mantentzen dela. Horrek agintzen du energia berez sakabanatzen dela, oztopatzen ez bada, prozesu naturalei norabidea emanez eta, funtsean, zergatik prozesu batzuk berez gertatzen diren eta beste batzuk ez azaltzen duelarik.
5. Zer da entropia, eta nola erlazionatzen da sistema bateko desordenarekin? ErantzunaEntropia sistema batek lana egiteko erabilgarri ez dagoen energia kopuruaren neurria da. Askotan sistemaren desordenaren edo ausazkotasunaren neurri gisa ere deskribatzen da. Oro har, entropia handiagoak desordena edo ausazkotasun handiagoa dakar.
6. Nola deskribatzen du termodinamikaren hirugarren legeak kristal perfektu baten entropia zero absolutuan? ErantzunaHirugarren legeak dio kristal perfektu baten entropia zero dela zero absolutuan (0 Kelvin). Horrek esan nahi du tenperatura horretan sistema guztiz ordenatuta dagoela.
7. Zergatik ezin da beroa bere kabuz gorputz hotz batetik gorputz beroago batera igaro? ErantzunaPortaera hau termodinamikaren bigarren legearen ondorioa da. Beroa gorputz hotz batetik beroago batera modu espontaneoan igaroko balitz, sistemaren entropia orokorra gutxitzea ekarriko luke, eta prozesu naturalek ez dute hori faboratzen.
8. Zer desberdintasun dago sistema isolatu, itxi eta ireki baten artean termodinamikan? ErantzunaSistema isolatu batek ez du energia edo materia trukatzen ingurunearekin. Sistema itxi batek energia truka dezake, baina ez du materiarik ingurunearekin. Sistema ireki batek energia eta materia truka ditzake ingurunearekin.
9. Nola desberdintzen da termodinamikan "lana" kontzeptua eguneroko erabileratik? ErantzunaTermodinamikan, "lana" energia-transferentziaren prozesuari egiten dio erreferentzia, non objektu bati aplikatzen zaizkion indarrek indarraren paraleloan mugitzen duten. Adibidez, gas bat pistoi baten kontra hedatzen denean, lana egiten du pistoian. Definizio zehatzagoa da hau "lan" hitzaren eguneroko erabilerarekin alderatuta, edozein zeregin edo jarduera esan nahi baitu besterik gabe.

10. Zer da Carnot-en zikloa, eta zergatik da garrantzitsua termodinamikan? ErantzunaCarnot zikloa ziklo termodinamiko idealizatu bat da, edozein motor termodinamiko klasikok beroa lan bihurtzean (edo alderantziz) lor dezakeen eraginkortasunaren goiko muga ematen duena. Garrantzitsua da, motor batek funtzionatzen duen bero-erreserbaren tenperaturetan oinarritutako oinarrizko eraginkortasun-muga bat ezartzen duelako.