11 דוגמאות לשאלות על יישום החוק הראשון של התרמודינמיקה לתהליכים תרמודינמיים שונים (איזובריים, איזותרמיים, איזוכוריים)
1. הגרף שלהלן מציג את המחזור התרמודינמי שעובר גז. העבודה שמבצע הגז בתהליך ABCD היא...
דִיוּן
זה ידוע :
לחץ 1 (P1) = 2 × 105 Pa
לחץ 2 (P2) = 4 × 105 Pa
כרך 1 (V1) = 1 מטר3
כרך 2 (V2) = 3 מטר3
נשאל העבודה שמבצע הגז בתהליך מחזור ABCD
ג'וואב :
עבודה שנעשית על ידי גז = שטח המלבן ABCD.
W = (P2 - P1)(ו2 - V1)
רוחב = (4 x 105 - 2X105)(3 – 1)
רוחב = (2 x 105)(2)
רוחב = 4 x 105 ג'אוּל
העבודה שמבצע הגז בתהליך מחזור ABCD היא 4 x 105 ג'אוּל.
2. העבודה שמבצע הגז בתהליך מחזור ABC היא...
דִיוּן
זה ידוע :
לחץ 1 (P1) = 3 × 105 Pa
לחץ 2 (P2) = 6 × 105 Pa
כרך 1 (V1) = 20 ס"מ3 = 20 x 10-6 m3
כרך 2 (V2) = 60 ס"מ3 = 60 x 10-6 m3
נשאל עבודה שנעשית על ידי גז בתהליך מחזור ABC
ג'וואב :
עבודה שנעשית על ידי גז = שטח המשולש ABCD.
רוחב = ½ (P2 - P1)(ו2 - V1)
רוחב = ½ (6 x 105 - 3X105)(60 x 10-6 - 20X10-6)
רוחב = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
רוחב = ½ (120 x 10-1 ג'אוּל)
W = ½ (12 ג'אול)
W = 6 ג'אול
העבודה שמבצע הגז בתהליך מחזור ABC היא 6 ג'אול.
3. גרף של לחץ (P) לעומת נפח (V) של גז בחלל סגור. החלק בגרף שמראה את הגז מבצע עבודה על הסביבה הוא...
דִיוּן
תהליך AB ותהליך DC הם תהליכים איזובריים. תהליך AD ותהליך BC הם תהליכים איזוכוריים.
הגז מבצע עבודה על הסביבה אם הגז מתרחב כך שנפח החלל שתופס הגז גדל (תהליך DC). הסביבה מבצעת עבודה על הגז אם הגז מתכווץ כך שנפח החלל שתופס הגז קטן (תהליך BC).
4. כל הגזים האידיאליים עוברים תהליך איזוכורי, כך ש...
א. לכל המולקולות יש אותה מהירות
ב. בטמפרטורות גבוהות המהירות הממוצעת של המולקולות גדולה יותר
ג. לחץ הגז נשאר קבוע
ד. הגז יעשה עבודה
ל-E. אין אנרגיה פנימית
דִיוּן
איזוכורי = נפח קבוע.
התשובה הנכונה היא ב'.
5. כמות של גז אידיאלי נדחסת באמצעות תהליך תרמודינמי ממצב 1 למצב 2 כפי שמוצג בגרף ה-PV הבא. העבודה שמבצע הגז היא...
א. -180 י'
ב. -90 ג'ול
ג. -30 י.
ד. 30 ג'ול
מזרח 90 ג'ול
דִיוּן
ליטר אחד = 0,001 מ"ק
ידוע כי :
לחץ 1 (P1 ) = 10 קילופסקל = 10.000 פסקל = 10.000 ניוטון למ"ר
לחץ 2 (P2 ) = 20 קילופסקל = 20.000 פסקל = 20.000 ניוטון למ"ר
נפח 1 (V1 ) = 4 ליטר = 4 (0,001 מ"ק ) = 0,004 מ"ק
נפח 2 (V2 ) = 10 ליטר = 10 (0,001 מ"ק ) = 0,010 מ"ק
רצוי : עבודה (W) שנעשית על ידי הגז
תשובה:
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 (6) + 1/2 (10)(6)
רוחב = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 ג'אול
התשובה הנכונה היא ה'.
6. התבוננו בדיאגרמת ה-PV בצד!
העבודה המופקת בתהליך התרמודינמי במחזור אחד היא...
א. 100 קילו-ג'אול
ב. 200 קילו-ג'אול
כ-300 קילו-ג'אול
ד. 400 קילו-ג'אול
600 קילו-ג'אול
דִיוּן
ידוע כי :
לחץ 1 (P1 ) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2
לחץ 2 (P2 ) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / m2
נפח 1 (V1 ) = 2 מ"ק
נפח 2 (V2 ) = 4 מ"ק
נשאל : עבודה (W) שנוצרה.
תשובה :
העבודה שנעשתה = שטח המרובע abcd.
W = (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
רוחב = (3 x 10⁻⁶ – 1 x 10⁻⁶ ) (4 – 2)
רוחב = (2 x 105 ) (2)
רוחב = 4 x 105 ג'אול
W = 400.000 ג'אול
W = 400 קילו ג'אול
התשובה הנכונה היא ד'.
7. גז אידיאלי עובר תהליך כפי שמוצג בדיאגרמת ה-PV מימין. העבודה הנעשית בתהליך זה היא...
א. 35 ג'ול
ב. 24 ג'ול
כ-15 ג'ול
ד. 12 ג'ול
מזרח 6 ג'ול
דִיוּן
ידוע כי :
לחץ 1 (P1 ) = 1 ניוטון/ מ"ר
לחץ 2 (P2 ) = 7 ניוטון/ מ"ר
נפח 1 (V1 ) = 1 מ"ק
נפח 2 (V2 ) = 5 מ"ק
נשאל: עבודה (W) בוצעה.
תשובה:
עבודה שבוצעה = שטח המשולש ABC.
W = ½ (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
רוחב = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
רוחב = ½ ( 6 )( 4 )
רוחב = ½ (24)
W = 12 ג'אול
התשובה הנכונה היא ד'.
8. 0,02 מול של גז חד-אטומי בטמפרטורה של 350 קלווין נמצאים במיכל סגור. כמה חום נדרש כדי להעלות את טמפרטורת הגז ל-400 קלווין? קבוע הגז האוניברסלי, R = 8,31 ג'ול מול-1 K-1.
א. 10 ג'אול
B. 12,5 ג'אול
כ-14 ג'אול
ד. 15,5 ג'אול
17 ג'אול (E. 1,250 ג'אול)
דיון:
זה ידוע :
n = 0,02 מול
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 ג'ול/מול קל
נשאל :
חום (Q)?
ג'וואב :
בתהליך איזוכורי (נפח קבוע), Q = דלתא U
תיאור: Q = חום, דלתא U = שינוי באנרגיה פנימית, U = אנרגיה פנימית
9. שני מולים של גז חד-אטומי בטמפרטורה של 20 oג ולחץ 2 × 105 פאן עובר תהליך איזוכורי עד שהלחץ הופך ל-4 × 105 פ.א. אם קבוע הגז האוניברסלי = 8,31 ג'ול/מול קלווין, אז השינוי באנרגיה הפנימית של הגז הוא...
א. 7304 ג'ול
ב. 6200 ג'ול
כ-2291 ג'ול
ד. 2128 ג'ול
מזרח 1208 ג'ול
דיון:
זה ידוע :
n = 2 מול
T1 = 20 + 273 = 293 אלף
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 ג'ול/מול קל
נשאל :
שינוי באנרגיה פנימית (דלתא U)?
ג'וואב :
דלתא U = 3/2 nR(T2-T1)
הרוזן ט2 תחילה השתמש בנוסחת חוק גיי-לוסאק (נפח קבוע)
10. החלק בגרף הלחץ (P) - נפח (V) שמראה שהגז המקבל עבודה חיצונית הוא...
א. א.ב.
ב. תקליטור
ג. לפני הספירה
ד. דא
E. AC
דִיוּן :
אם מתבצעת עבודה על הגז, נפחו גדל. לעומת זאת, אם מתבצעת עבודה על הגז ממקור חיצוני, נפחו יורד. התהליך המוצג בגרף למעלה ומראה את הירידה בנפח הגז הוא תהליך CD.
אז התשובה הנכונה היא ב'.
11. הגרפים שלהלן מראים את הקשר בין לחץ (P) לנפח (V) של גז שעובר תהליך.
התהליך שגורם למאמץ הגדול ביותר מוצג בגרף מספר ...
א. (1)
ב. (2)
ג. (3)
ד. (4)
דִיוּן :
העבודה שנעשתה = השטח. ככל שהשטח גדול יותר, כך העבודה שנעשתה גדולה יותר. השטח הגדול ביותר מוצג בגרף 3.
התשובה הנכונה היא ג'.
