5 esimerkkiä termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön soveltamisesta isotermiseen prosessiin (vakiolämpötila)
1. Alla oleva kaavio näyttää ideaalikaasun, joka on menossa isoterminen prosessi (lähestymistapa). Prosessissa AB kaasun tekemä työ on…
Keskustelu
Tehty työ = käyrän AB mukainen pinta-ala = kolmion pinta-ala + suorakulmion pinta-ala
W = [½ (8 x 105–4 x 105)(3-1)] + [4 × 105 (3-1)]
W = [½ (4 x 105)(2)] + [4 × 105 (2)]
W = [4 x 105] + [8 x 105]
L = 12 x 105 Joule
Kaasun AB-prosessissa tekemä työ = 12 x 105 Joule
2. Ideaalikaasun prosessissa ABC tekemä työ on…
Keskustelu
Se tiedetään :
Paine 1 (P1) = 10 x 105 N / m2
Paine 1 (P1) = 5 x 105 N / m2
Nide 1 (V1) = 10 litra = 10 dm3 = 10 x 10-3 m3
Nide 2 (V2) = 30 litra = 30 dm3 = 30 × 10-3 m3
Kysytty Kaasun tekemä työ prosessissa ABC
Jawab :
Prosessissa BC tilavuus pysyy vakiona, joten kaasu ei tee työtä. Kaasu tekee työtä prosessissa AB vain tilavuuden muutoksen vuoksi. Siksi kaasun prosessissa ABC tekemä työ = kaasun prosessissa AB tekemä työ.
Kaasun tekemä työ = käyrän AB mukainen pinta-ala = kolmion pinta-ala + suorakulmion pinta-ala.
W = [½(10 × 105–5×105)(30-10)]+[5 × 105(30-10)]
W = [½ (5 x 105)(20)] + [5 × 105 (20)]
W = [(5 x 105)(10)] + [100 × 105]
W = [50 x 105]+ [100 x 105]
L = 150 x 105 Joule
L = 1,5 x 107 Joule
3. Kaasu käy läpi isotermisen prosessin. Lämpömäärä, joka kaasun on absorboitava voidakseen tehdä 5000 joulen työn, on…
Keskustelu
Se tiedetään :
Työ (W) = 5000 joulea
Kysytty Lämmön absorboituminen (Q)
Jawab :
Tässä kysymyksessä mainittu isoterminen prosessi on termodynaaminen prosessi, jossa lämpötila pysyy vakiona. Lämpötilan (T) ja kaasun sisäisen energian muutoksen välinen suhde ilmaistaan seuraavalla yhtälöllä:
Jos lämpötila on vakio, lämpötilan muutos on nolla. Lämpötilan muutos on nolla, joten sisäisen energian muutos on nolla. Termodynamiikan ensimmäistä pääsääntöä soveltamalla saadaan seuraavat tulokset.
Termodynamiikan ensimmäinen laki :
Jos sisäisen energian muutos (U) on nolla, kaasun absorboima lämpö (Q) on yhtä suuri kuin kaasun tekemä työ (W). Kun kaasu absorboi lämpöä, se saa lisää energiaa, jota se käyttää työn tekemiseen.
Joten kaasun absorboima lämpö = kaasun tekemä työ = 5000 joulea.
4. Alla olevassa kuvassa on esitetty isotermisessä prosessissa olevan kaasun paineen (P) ja tilavuuden (V) suhde. Prosessissa AB kaasun absorboima lämpömäärä on…
Keskustelu
Se tiedetään :
Paine 1 (P1) = 5 atm = 5 x 105 Pa
Paine 2 (P2) = 10 atm = 10 x 105 Pa
Nide 1 (V1) = 2 m3
Nide 2 (V2) = 6 m3
Kysytty Kaasun prosessissa AB absorboima lämpö (Q)
Jawab :
Isoterminen = vakiolämpötila. Jos lämpötila pysyy vakiona, lämpötilan muutos on nolla. Jos lämpötilan muutos on nolla, sisäisen energian muutos on nolla. Lämpötilan muutoksen ja sisäisen energian muutoksen välinen suhde kaasussa ilmaistaan seuraavalla yhtälöllä:
Jos tätä sovelletaan termodynamiikan ensimmäiseen lakiin, saadaan seuraavat tulokset:
Jos lämpötilan muutos on nolla, kaasun absorboima lämpö on yhtä suuri kuin kaasun tekemä työ. Saadaksemme selville kaasun prosessissa AB absorboiman lämmön, laskemme kaasun tekemän työn yllä olevan kuvaajan perusteella.
Kaasun tekemä työ = käyrän AB mukainen pinta-ala = kolmion pinta-ala + suorakulmion pinta-ala.
L = ½ (P2 - P1)(V2 - V1) + P1(V2 - V1)
L = ½ (10 x 105 - 5 x 105)(6-2) + (5 × 105)(6-2)
L = ½ (5 x 105)(4) + (5 × 105)(4)
L = ½ (20 x 105) + (20 x 105)
W = (10 × 105) + (20 x 105)
L = 30 x 105 Joule
W = 30 atm
Kaasun prosessissa AB absorboima lämpö (Q) = kaasun prosessissa AB tekemä työ = 30 x 105 Joule = 30 ilmakehää.
5. Termodynamiikassa ideaalikaasu käy läpi isotermisen prosessin, jos...
A. kaasun olomuodon muuttuessa lämpötila pysyy aina vakiona
B. kaikki molekyylit liikkuvat eri nopeuksilla
C. Kaikkien kaasujen lämpötila muuttuu aina
D. päällä suhu mitä suurempi molekyylinopeus
E. kaasun paine ja tilavuus eivät muutu
Keskustelu
Isoterminen tai isoterminen tarkoittaa vakiolämpötilaa.
Oikea vastaus on A.
