Termodynamika - problemen en oplossingen
De earste wet fan thermodynamika
1. Wat is, basearre op de ûndersteande grafyk PV, de ferhâlding fan it wurk dien troch it gas yn proses I ta it wurk dien troch it gas yn proses II?
Bekend:
Proses 1:
Druk (P) = 20 N/ m²
Begjinfolume (V1 ) = 10 liter = 10 dm3 = 10 x 10-3 m3
Einfolume (V² ) = 40 liter = 40 dm³ = 40 x 10⁻³ m³
Proses 2:
Proses (P) = 15 N/ m²
Begjinfolume (V1 ) = 20 liter = 20 dm3 = 20 x 10-3 m3
Einfolume (V² ) = 60 liter = 60 dm³ = 60 x 10⁻³ m³
Winske: De ferhâlding fan it wurk dien troch gas
Oplossing:
It wurk dat gas docht yn proses 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
It wurk dat gas docht yn proses 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
De ferhâlding fan it wurk dat gas docht yn proses I en proses II:
0.6 m³ : 0.6 m³
1: 1
2.
Basearre op de ûndersteande grafyk, wat is it wurk dat heliumgas docht yn proses AB?
Bekend:
Druk (P) = 2 x 10⁻⁶ N /m² = 2 x 10⁻⁶ Pascal
Begjinfolume (V1 ) = 5 cm3 = 5 x 10-6 m3
Einfolume (V² ) = 15 cm³ = 15 x 10⁻⁶ m³
Socht: Wurk dien troch gas yn proses AB
Oplossing:
W = ∆P ∆V
W = P ( V2 – V1 )
W = (2 x 10⁻¹ ) (5 x 10⁻¹ – 5 x 10⁻¹ )
W = (2 x 10 5 )(10 x 10 -6 ) = (2 x 10 5 )(1 x 10 -5 )
W = 2 Joule
3.
Op basis fan de ûndersteande grafyk, wat is it wurk dat dien wurdt yn proses AB?
Bekend:
Begjindruk (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
Eindruk (P² ) = 6 Pa = 6 N/ m²
Begjinfolume (V1 ) = 2 m3
Einfolume (V² ) = 4 m³
Socht: wurk dien Ik ferwurkje ab
Oplossing:
Wurk dien troch gas = oerflak ûnder kromme ab
W = oerflak fan trijehoek + oerflak fan rjochthoek
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
4. Wat is it wurk dat dien wurdt yn proses ABCA, basearre op de ûndersteande grafyk?
Oplossing:
Wurk (W) = Gebiet fan 'e trijehoek 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 )
B = 20 x 10 5
W = 2 x 10⁻⁶ Joule
5. In motor nimt 2000 Joule waarmte op by in hege temperatuer en jout 1200 Joule waarmte ôf by in lege temperatuer. Wat is de effisjinsje fan 'e motor?
Bekend:
Waarmteynfier (Q H ) = 2000 Joules
Waarmteútfier (QL ) = 1200 Joules
Arbeid dien troch motor (W) = 2000 – 1200 = 800 Joules
Winske: effisjinsje (e)
Oplossing:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40%
6. In motor nimt waarmte op by 960 Kelvin en de motor ûntlient waarmte by 576 Kelvin. Wat is de effisjinsje fan 'e motor.
Bekend:
Hege temperatuer (T H ) = 960 K
Lege temperatuer (TL ) = 576 K
Winske: effisjinsje (e)
Oplossing:
Effisjinsje fan Carnot-motor = 0.4 x 100% = 40%
7. Op basis fan 'e grafyk hjirûnder is it wurk dat troch de motor dien wurdt 6000 Joules. Wat is de waarmte dy't troch de motor per sirkel ûntslein wurdt?
Bekend:
Arbeid (W) = 6000 Joule
Hege temperatuer (TH ) = 800 Kelvin
Lege temperatuer (TL ) = 300 Kelvin
Winske: waarmte ôffierd troch de motor
Oplossing :
Carnot (ideale) effisjinsje:
Waarmte opnommen troch Carnot-motor:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q 1
Q 1 = 6000 / 0.625
Q 1 = 9600
Waarmte ôffierd troch Carnot-motor:
Q2 = Q1 – W
Q2 = 9600 – 6000
Q2 = 3600 Joule
8. De effisjinsje fan in Carnot-motor is 40%. As waarmte opnommen wurdt by 727 °C, wat is dan de lege temperatuer?
Bekend:
Effisjinsje (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Hege temperatuer (T H ) = 727 ° C + 273 = 1000 K
Winske: Lege temperatuer
Oplossing:
T L = 600 Kelvin – 273 = 327 ° C
9. Basearre op de ûndersteande grafyk, as de motor 800 J waarmte opnimt, wat is dan it wurk dat de motor docht?
Bekend:
Hege temperatuer (TH ) = 600 Kelvin
Lege temperatuer (TL ) = 250 Kelvin
Waarmteynfier (Q1 ) = 800 Joules
Socht: Wurk (W)
Oplossing:
De effisjinsje fan 'e Carnot-motor:
Wurk waard dien troch de motor:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joule)
W = 466.7 Joule
10. De heechste temperatuer fan in Carnot-motor is 600 K. As de motor 600 J waarmte opnimt en de leechste temperatuer 400 K is, wat is dan it wurk dat de motor docht?
Bekend:
Lege temperatuer (TL ) = 400 K
Hege temperatuer (T H ) = 600 K
Waarmteynfier (Q1 ) = 600 Joules
Socht: Wurk waard dien troch Carnot-motor (W)
Oplossing:
De effisjinsje fan 'e Carnot-motor:
Wurk waard dien troch Carnot-motor:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Joule
- Wat is de primêre fokus fan termodynamika? antwurdThermodynamika rjochtet him op 'e stúdzje fan enerzjy, de transformaasjes dêrfan, en de relaasje mei matearje, benammen yn systemen yn lykwicht.
- Hoe is de nulde wet fan termodynamika relatearre oan temperatuer? antwurdDe nulde wet stelt dat as twa systemen elk yn termysk lykwicht binne mei in tredde systeem, dan binne se yn termysk lykwicht mei-inoar. Dit ymplisearret it bestean fan in eigenskip neamd temperatuer, dy't itselde is foar alle systemen yn termysk lykwicht.
- Wat beskriuwt de earste wet fan termodynamika? antwurdDe earste wet, ek wol bekend as de wet fan enerzjybehâld, stelt dat enerzjy net oanmakke of ferneatige wurde kin, allinich omset wurde kin fan de iene foarm nei de oare. Yn in sletten systeem is de feroaring yn ynterne enerzjy gelyk oan de waarmte dy't tafoege wurdt oan it systeem minus it wurk dat it systeem oan syn omjouwing dien hat.
- Wêrom is de twadde wet fan 'e termodynamika krúsjaal foar it begripen fan 'e rjochting fan natuerlike prosessen? antwurdDe twadde wet stelt dat de entropie (of wanorde) fan in isolearre systeem altyd tanimt of konstant bliuwt. Dit bepaalt dat enerzjy spontaan ferspriedt as it net hindere wurdt, wat in rjochting jout oan natuerlike prosessen en yn essinsje ferklearret wêrom't bepaalde prosessen spontaan foarkomme wylst oaren net.
- Wat is entropie, en hoe hat it te krijen mei wanorde yn in systeem? antwurdEntropie is in mjitte fan 'e hoemannichte enerzjy yn in systeem dy't net beskikber is om wurk te dwaan. It wurdt ek faak omskreaun as in mjitte fan 'e wanorde of willekeurichheid fan it systeem. Yn 't algemien komt hegere entropie oerien mei gruttere wanorde of willekeurichheid.
- Hoe beskriuwt de tredde wet fan 'e thermodynamika de entropie fan in perfekt kristal by it absolute nulpunt? antwurdDe tredde wet stelt dat de entropie fan in perfekt kristal krekt nul is by absolute nultemperatuer (0 Kelvin). Dit betsjut dat by dizze temperatuer it systeem perfekt oarderd is.
- Wêrom kin waarmte net selsstannich fan in kâlder lichem nei in waarmer lichem streame? antwurdDit gedrach is in gefolch fan 'e twadde wet fan 'e termodynamika. As waarmte spontaan fan in kâlder lichem nei in waarmer lichem streame soe, soe dat liede ta in ôfname fan 'e algemiene entropie fan it systeem, wat net befoardere wurdt troch natuerlike prosessen.
- Wat is it ferskil tusken in isolearre, sletten en iepen systeem yn termodynamika? antwurdIn isolearre systeem wikselet gjin enerzjy of matearje út mei syn omjouwing. In sletten systeem kin enerzjy útwikselje, mar it makket neat út mei syn omjouwing. In iepen systeem kin sawol enerzjy as matearje útwikselje mei syn omjouwing.
- Hoe ferskilt it konsept fan "wurk" yn termodynamika fan it deistich gebrûk fan 'e term? antwurdYn termodynamika ferwiist "wurk" nei it proses fan enerzjy-oerdracht wêrby't krêften dy't op in objekt tapast wurde, it yn in rjochting parallel oan de krêft bewege. Bygelyks, as in gas útwreidet tsjin in piston, docht it wurk op 'e piston. Dit is in spesifiker definysje yn ferliking mei it deistich gebrûk fan "wurk", dat gewoan elke taak of aktiviteit betsjutte kin.
-
Wat is in Carnot-syklus, en wêrom is it wichtich yn 'e termodynamika? Antwurd : De Carnot-syklus is in idealisearre termodynamyske syklus dy't in boppeste limyt jout oan 'e effisjinsje dy't elke klassike termodynamyske motor kin berikke by de omsetting fan waarmte yn wurk (of oarsom). It is wichtich om't it in fûnemintele effisjinsjelimyt ynstelt basearre op 'e temperatueren fan 'e waarmtereservoirs tusken hokker in motor wurket.
