3 דוגמאות לשאלות על יישום החוק הראשון של התרמודינמיקה בתהליכים איזוכוריים (נפח קבוע)
1. גרף של לחץ (P) כנגד נפח (V) של גז שעובר תהליך איזוכורי. העבודה שמבצע הגז בתהליך AB היא...
דִיוּן
תהליך AB = תהליך איזוכורי (נפח קבוע). בנפח איזוכורי, נפח הגז (ונפח החלל) לא משתנה ולכן הגז לא מבצע עבודה.
2. שלושה מולים של גז חד-אטומי בטמפרטורה של 47oג ולחץ 2 x 105 פסקל עובר תהליך איזוכורי עד שהלחץ עולה ל-3 x 105 פסקל. השינוי באנרגיה הפנימית של הגז הוא... קבוע הגז האוניברסלי (R) = 8,315 ג'ול/מול קלווין
דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורה התחלתית (T1) = 47oC + 273 = 320 קלווין
לחץ התחלתי (P1) = 2 × 105 Pa
לחץ סופי (P2) = 3 × 105 Pa
קבוע גז אוניברסלי (R) = 8,315 ג'ול/מול קלווין
מספר מולים (n) = 3
נשאל שינויים באנרגיה בגז
ג'וואב :
בתהליך איזוכורי, הנפח נשאר קבוע ולכן הגז לא מבצע עבודה (W = 0).
החוק הראשון של התרמודינמיקה :
בהתבסס על גזירת נוסחה זו, המסקנה היא שבתהליך איזוכורי, החום הנוסף למערכת (Q) גורם לעלייה באנרגיה הפנימית של המערכת (U). לעומת זאת, החום המשתחרר על ידי המערכת גורם לירידה באנרגיה הפנימית של המערכת. מהו גודל השינוי באנרגיה הפנימית של הגז? השינוי באנרגיה הפנימית של הגז מחושב באמצעות נוסחת האנרגיה הפנימית שלהלן.
אנרגיה בגז :
על מנת לחשב את השינוי באנרגיה הפנימית, יש לדעת את הטמפרטורה הסופית (T).2). חשב את T2 באמצעות נוסחת חוק גיי-לוסאק.
חוק גיי-לוסאק (נפח איזוכורי/קבוע) :
חשב את שינוי האנרגיה בגז:
השינוי באנרגיה הפנימית של הגז הוא 5986,8 ג'אול.
3. סך של 0,2 מול של גז חד-אטומי בטמפרטורה של 27oC נמצא בכלי סגור. החום שיש לספוג כדי להעלות את טמפרטורת הגז ל-400 קלווין הוא... קבוע גז אוניברסלי (R) = 8,315 ג'ול/מול קלווין
דִיוּן
זה ידוע :
מספר מולים (n) = 0,2 מולים
טמפרטורה התחלתית (T1) = 27oC + 273 = 300 קלווין
טמפרטורה סופית (טמפרטורת2) = 400 אלף
קבוע גז אוניברסלי (R) = 8,315 ג'ול/מול קלווין
נשאל חום שנספג (Q)
ג'וואב :
בתהליך איזוכורי, הנפח נשאר קבוע ולכן הגז לא מבצע עבודה (W = 0).
החוק הראשון של התרמודינמיקה :
חום נספג (Q) = עלייה באנרגיה הפנימית של הגז (U). השינוי באנרגיה הפנימית של הגז מחושב באמצעות נוסחת האנרגיה הפנימית שלהלן.
אנרגיה בגז :
חום שנספג על ידי גז = שינוי באנרגיה פנימית = 249,45 ג'אול.
