11 Primjeri pitanja o primjeni prvog zakona termodinamike na različite termodinamičke procese (izobarni, izotermni, izohorični)
1. Grafikon ispod prikazuje termodinamički ciklus kroz koji prolazi plin. Rad koji plin obavi u procesu ABCD je…
Rasprava
Poznato je :
Tlak 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Tlak 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Svezak 1 (V1) = 1 m3
Svezak 2 (V2) = 3 m3
Pitao Rad koji plin obavlja u ABCD ciklusu
Jawab :
Rad koji izvrši plin = površina pravokutnika ABCD.
W = (P2 - P.1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105)(2)
Š = 4 x 105 Džul
Rad koji plin obavi u ABCD ciklusu je 4 x 105 Džul.
2. Rad koji plin obavi u ABC ciklusu je…
Rasprava
Poznato je :
Tlak 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Tlak 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Svezak 1 (V1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Svezak 2 (V2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Pitao Rad koji plin obavlja u ABC ciklusu
Jawab :
Rad plina = površina trokuta ABCD.
W = ½ (P2 - P.1)(V2 - V1)
Š = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
Š = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
Š = ½ (120 x 10-1 Džul)
W = ½ (12 džula)
W = 6 džula
Rad koji plin obavi u ABC ciklusu iznosi 6 džula.
3. Graf tlaka (P) u odnosu na volumen (V) plina u zatvorenom prostoru. Dio grafa koji prikazuje rad plina na okolinu je…
Rasprava
Proces AB i proces DC su izobarni procesi. Proces AD i proces BC su izohorni procesi.
Plin vrši rad na okolinu ako se plin širi tako da se volumen prostora koji zauzima plin povećava (DC proces). Okolina vrši rad na plin ako se plin skuplja tako da se volumen prostora koji zauzima plin smanjuje (BC proces).
4. Svi idealni plinovi prolaze kroz izohorni proces pa...
A. sve molekule imaju istu brzinu
B. na visokim temperaturama prosječna brzina molekula je veća
Tlak plina C. ostaje konstantan
D. plin će izvršiti rad
E. nema unutarnju energiju
Rasprava
Izohorični = konstantan volumen.
Točan odgovor je B.
5. Količina idealnog plina komprimira se termodinamičkim procesom iz stanja 1 u stanje 2 kao što je prikazano na sljedećem PV grafu. Rad koji plin obavi je…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Rasprava
1 litra = 0,001 m³
Poznato je da :
Tlak 1 (P1 ) = 10 kPa = 20 000 Pa = 20 000 N/ m2
Tlak 2 (P2 ) = 20 kPa = 20 000 Pa = 20 000 N/ m2
Volumen 1 (V 1 ) = 4 litre = 4 (0,001 m 3 ) = 0,004 m 3
Volumen 2 (V 2 ) = 10 litara = 10 (0,001 m 3 ) = 0,010 m 3
Postavljeno : Rad (W) koji je izvršio plin
Odgovor:
W = P (V² – V¹ ) + 1/2 ( P² – P¹ )( V² – V¹ )
W = 10 000 ( 0,010-0,004) + 1/2 (20 000-10 000) (0,010-0,004)
W = 10 000 (0,006) + 1/2 (10 000) (0,006)
W = 10 000 (6) + 1/2 (10 000) (6)
Š = 60 + 1/2 (60)
Š = 60 + 30
W = 90 džula
Točan odgovor je E.
6. Pogledajte PV dijagram sa strane!
Rad proizveden u termodinamičkom procesu u jednom ciklusu je…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
cca. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Rasprava
Poznato je da :
Tlak 1 (P1 ) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2
Tlak 2 (P2 ) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / m2
Volumen 1 (V 1 ) = 2 m 3
Volumen 2 (V 2 ) = 4 m 3
Pitanje : Generirani rad (W).
Odgovor :
Izvršeni rad = površina četverokuta abcd.
W = (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = (3 x 10⁻ – 1 x 10⁻ )(4 – 2)
W = (2 x 10⁶ ) (2)
W = 4 x 10² Džula
W = 400.000 džula
W = 400 kilodžula
Točan odgovor je D.
7. Idealni plin prolazi kroz proces prikazan na PV dijagramu s desne strane. Rad obavljen u ovom procesu je…
A. 35 J
B. 24 J
Oko 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Rasprava
Poznato je da :
Tlak 1 (P 1 ) = 1 N/m 2
Tlak 2 (P 2 ) = 7 N/m 2
Volumen 1 (V 1 ) = 1 m 3
Volumen 2 (V 2 ) = 5 m 3
Pitanje: Posao (P) obavljen.
Odgovor:
Izvršeni rad = površina trokuta ABC.
W = ½ (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
W = ½ ( 6 )( 4 )
Š = ½ (24)
W = 12 džula
Točan odgovor je D.
8. 0,02 mola monatomskog plina na 350 K nalazi se u zatvorenoj posudi. Koliko je topline potrebno da se temperatura plina povisi na 400 K? Univerzalna plinska konstanta, R = 8,31 J mol-1 K-1.
A. 10 džula
B. 12,5 džula
C. 14 džula
D. 15,5 džula
E. 17 džula
Rasprava:
Poznato je :
n = 0,02 mola
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Pitao :
Toplina (Q)?
Jawab :
U izohornom procesu (konstantni volumen), Q = delta U
Opis: Q = toplina, delta U = promjena unutarnje energije, U = unutarnja energija
9. Dva mola monatomskog plina na temperaturi od 20 oC i tlak 2 × 105 Pa prolazi kroz izohorni proces sve dok tlak ne postane 4 × 105 Pa. Ako je univerzalna plinska konstanta = 8,31 J/mol K, tada je promjena unutarnje energije plina…
A. 7304 J
B. 6200 J
Oko 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Rasprava:
Poznato je :
n = 2 mola
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Pitao :
Promjena unutarnje energije (delta U)?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T)2-T1)
Broj T2 prvo upotrijebite formulu Gay-Lussacovog zakona (konstantni volumen)
10. Dio grafa tlaka (P) - volumena (V) koji prikazuje kako plin prima vanjski rad je...
A. AB
B. CD
C. pr. Kr.
D. DA
E. AC
Rasprava :
Ako se na plinu izvrši rad, njegov se volumen povećava. Suprotno tome, ako se na plinu izvrši rad iz vanjskog izvora, njegov se volumen smanjuje. Proces prikazan na gornjem grafu koji pokazuje smanjenje volumena plina je proces CD.
Dakle, točan odgovor je B.
11. Grafovi u nastavku prikazuju odnos između tlaka (P) i volumena (V) plina koji prolazi kroz proces.
Proces koji proizvodi najveći napor prikazan je na grafikonu broj ...
A. (1)
B. (2)
C. (3)
O. (4)
Rasprava :
Izvršeni rad = površina. Što je površina veća, to je veći izvršeni rad. Najveća površina prikazana je na grafu 3.
Točan odgovor je C.
