שאלות לדוגמה על התיאוריה הקינטית של גזים

19 דוגמאות לשאלות על תורת הגזים הקינטית

1. לגז אידיאלי במיכל סגור יש לחץ התחלה P ונפח V. אם לחץ הגז עולה פי 4 מהלחץ המקורי ונפח הגז נשאר קבוע, היחס בין האנרגיה הקינטית ההתחלתית לאנרגיה הקינטית הסופית של הגז הוא...
דִיוּן
זה ידוע :
לחץ התחלתי (P₁) = פ
לחץ סופי (P₂) = 4P
נפח התחלתי (V₁) = V
נפח סופי (V₂) = V
נשאל השוואה בין אנרגיה קינטית התחלתית לאנרגיה קינטית סופית (EK)₁ : EK₂)
ג'וואב :
הקשר בין לחץ (P), נפח (V) ואנרגיה קינטית (EK) של גז אידיאלי :
השוואה בין אנרגיה קינטית התחלתית לאנרגיה קינטית סופית :
2. קבע את אנרגיית הטרנסלציה הקינטית הממוצעת של מולקולות גז בטמפרטורה של 57^oC!
דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורת הגז (T) = 57^oC + 273 = 330 קלווין
קבוע בולצמן (k) = 1,38 x 10^-23 ג'אול/קלווין
נשאל אנרגיה קינטית ממוצעת של תרגומיות
ג'וואב :
הקשר בין אנרגיה קינטית וטמפרטורת גז :
אנרגיה קינטית ממוצעת של תרגום :
3. גז בטמפרטורה של 27^oC נמצא במיכל סגור. כדי להגדיל את האנרגיה הקינטית שלו לפי שניים מהאנרגיה הקינטית המקורית שלו, יש לחמם את הגז לטמפרטורה של...
דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורה התחלתית (T₁) = 27^oC + 273 = 300 קלווין
אנרגיה קינטית התחלתית = EK
אנרגיה קינטית סופית = 4 EK
נשאל טמפרטורה סופית (טמפרטורת₂)
ג'וואב :
הטמפרטורה הסופית של הגז היא 600 קלווין או 327 מעלות צלזיוס.^oC.

4. גז אידיאלי נמצא בחלל סגור. הגז האידיאלי מחומם עד שהמהירות הממוצעת של חלקיקי הגז עולה לפי 3 מהמהירות ההתחלתית. אם הטמפרטורה ההתחלתית של הגז היא 27^oמעלות צלזיוס, אז הטמפרטורה הסופית של הגז האידיאלי היא...
דִיוּן
זה ידוע :
טמפרטורה התחלתית = 27^oC + 273 = 300 קלווין
מהירות התחלתית = v
מהירות סופית = 2v
נשאל טמפרטורה סופית של גז אידיאלי
ג'וואב :

מהירות ממוצעת סופית = 2 x מהירות ממוצעת התחלתית

5. שלושה מולים של גז נמצאים בחדר בנפח של 36 ליטר. לכל מולקולת גז יש אנרגיה קינטית של 5 x 10^-21 ג'אול. קבוע גז אוניברסלי = 8,315 ג'ול/מול קלווין וקבוע בולצמן = 1,38 x 10^-23 J/K. חשב את לחץ הגז בחדר!
דִיוּן
זה ידוע :
מספר מולים (n) = 3 מולים
נפח = 36 ליטר = 36 דצימטר³ = 36 כפול 10^-3 m³
קבוע בולצמן (k) = 1,38 x 10^-23 J/K
אנרגיה קינטית (EK) = 5 x 10^-21 ג'אוּל
קבוע גז אוניברסלי (R) = 8,315 ג'ול/מול קלווין
נשאל לחץ גז (P)
ג'וואב :
חשב את הטמפרטורה (T) באמצעות הנוסחה לאנרגיית הגז הקינטית והטמפרטורה:

חשב את לחץ הגז באמצעות נוסחת חוק הגזים האידיאלי (במספר מולים, n):

לחץ הגז הוא 1,67 x 10⁵ פסקל או 1,67 אטמוספרות.

6. בכלי סגור, נפח הגז מתרחב לפי 2 מהנפח ההתחלתי (V_o = נפח התחלתי, P_o = לחץ התחלתי) וטמפרטורת הגז עולה פי 4 מהמקורית. לחץ הגז הופך...
א. פ._o
ב. 2 עמ'_o
ג. 4 עמ'_o
ד. 6 עמ'_o
ה. 8 עמ'_o
דִיוּן
ידוע כי:
נפח התחלתי של גז (V₁) = V_o
נפח סופי של גז (V₂) = 2 וולט_o
טמפרטורת ההתחלה של הגז (T₁) = ת
הטמפרטורה הסופית של הגז (T₂) = 4T
לחץ גז התחלתי (P₁) = פ_o
נשאל: לחץ גז סופי (P₂)
תשובה:

התשובה הנכונה היא ב'.

7. כמות מסוימת של גז אידיאלי עוברת תהליך איזותרמי, כך שהלחץ הופך להיות כפול מהלחץ המקורי, ואז הנפח הופך...
א. 4 פעמים מקורי
ב. שוב פעמיים
פי חצי מהמקור
ד. פי ¼ מהמקור
עדיין
דִיוּן
איזותרמי = טמפרטורה קבועה
ידוע כי:
נפח התחלתי של גז (V₁) = V
לחץ גז התחלתי (P₁) = פ
לחץ גז סופי (P₂) = 2P
נשאל: נפח סופי של גז (V₂)
תשובה:
P₁ V₁ = P₂ V₂
PV = (2P) V₂
וולט = (2) וולט₂
V₂ = V / 2
V₂ = ½ V
התשובה הנכונה היא ג'.

8. בכלי סגור, נפח הגז מתרחב לפי 2 מהנפח ההתחלתי (V_o = נפח התחלתי, P_o = לחץ התחלתי) וטמפרטורת הגז עולה פי 4 מהמקורית. לחץ הגז הופך...

א. פ._o
ב. 2 עמ'_o
ג. 4 עמ'_o
ד. 6 עמ'_o
ה. 8 עמ'_o

דִיוּן
זה ידוע :
נפח התחלתי של גז (V₁) = V_o
נפח סופי של גז (V₂) = 2V_o
טמפרטורת ההתחלה של הגז (T₁) = ת
הטמפרטורה הסופית של הגז (T₂) = 4T
לחץ גז התחלתי (P₁) = פ_o
נשאל לחץ גז סופי (P₂)
ג'וואב :
התשובה הנכונה היא ב'.

9. כמות מסוימת של גז אידיאלי עוברת תהליך איזותרמי, כך שהלחץ הופך להיות כפול מהלחץ המקורי, ואז הנפח הופך...

א. 4 פעמים מקורי
ב. שוב פעמיים
פי חצי מהמקור
ד. פי ¼ מהמקור
עדיין

דִיוּן
איזותרמי = טמפרטורה קבועה
זה ידוע :
נפח התחלתי של גז (V₁) = V
לחץ גז התחלתי (P₁) = פ
לחץ גז סופי (P₂) = 2P
נשאל נפח סופי של גז (V₂)
ג'וואב :
P₁ V₁ = P₂ V₂
PV = (2P) V₂
וולט = (2) וולט₂
V₂ = V / 2
V₂ = ½ V
התשובה הנכונה היא ג'.

10. לחץ הגז האידיאלי בחלל סגור כנגד דופן הצינור מנוסח כך:

P = ^2N/_3V EK

P = לחץ (Pa)

N = מספר מולקולות הגז (חלקיקים)

V = נפח הגז

EK = אנרגיה קינטית ממוצעת של מולקולות (J).

ההצהרה הנכונה בנוגע לניסוח לעיל היא...

א. הלחץ של גז כנגד הדופן תלוי במספר המולקולות ליחידת נפח.

ב. האנרגיה הקינטית של גז אינה תלויה בלחץ שמפעילות המולקולות על הדפנות.

ג. נפח הגז במיכל אינו משתנה אם לחץ הגז משתנה.

ד. מספר מולקולות הגז יורד, ולכן האנרגיה הקינטית של המולקולות תגדל.

ה. נפח הגז גדל, ולכן מספר מולקולות הגז גדל.

דִיוּן

התא סגור כך שגם אם לחץ הגז משתנה, נפח הגז בצינור לא משתנה.

התשובה הנכונה היא ג'.

11. הלחץ של גז אידיאלי בחלל סגור כנגד דפנות הצינור מנוסח כ- P = (2N / 3V) EK. P = לחץ (Pa), N = מספר המולקולות (חלקיקים) של גז ו-EK היא האנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות (J). בהתבסס על משוואה זו, ההיגד הנכון הוא...

א. הלחץ של גז כנגד הדופן תלוי באנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות.

ב. האנרגיה הקינטית של גז תלויה בלחץ שמפעילות המולקולות על הדפנות.

ג. טמפרטורת הגז בצינור תשתנה אם לחץ הגז ישתנה.

ד. אם מספר מולקולות הגז יורד, נפח האנרגיה הקינטית של המולקולות יקטן.

ה. אם נפח הגז יגדל, לחץ הגז יקטן.

דִיוּן

ידוע כי:

נוסחת לחץ: P = (2N / 3V) EK

P = לחץ

N = מספר מולקולות חלקיקי הגז

V = נפח הגז

EK = אנרגיה קינטית ממוצעת

P הוא ביחס ישר ל-N ול-EK

P הוא ביחס הפוך ל-V

N הוא ביחס ישר לנפח

N הוא ביחס הפוך ל-EK

נשאל: משפט נכון

תשובה:

A שגוי מכיוון שעל פי הנוסחה לעיל, לחץ הגז (P) תלוי באנרגיה קינטית, ולא באנרגיה קינטית ממוצעת.

B טועה מכיוון שהלחץ תלוי באנרגיה הקינטית של הגז, ולא להיפך.

C שגוי מכיוון שעל פי הנוסחה לעיל, טמפרטורה אינה תלויה בלחץ.

D שגוי משום ש-N נמצא ביחס הפוך ל-EK, כלומר אם N גדול אז EK גדול.

E נכון מכיוון שלחץ (P) הוא ביחס הפוך לנפח (V).

התשובה הנכונה היא ה'.

12. אם גז אידיאלי בכלי דחוס (מופעל על ידי לחץ), הגז יחווה...

א. ירידה במהירות החלקיקים

ב. ירידה בטמפרטורה

ג. עליית טמפרטורה

ד. הוספת חלקיקי גז

ה. הפחתת חלקיקי גז

דִיוּן

חוק הגז האידיאלי (במולים) :

PV = nRT

חוק הגז האידיאלי (במספר מולקולות) :

PV = NkT

הקשר בין אנרגיה קינטית לטמפרטורת הגז :

EK = 3/2 קילו-ט

מידע:

P = לחץ, V = נפח, T = טמפרטורה, n = מספר מולים, N = מספר מולקולות, R = קבוע גז אוניברסלי, k = קבוע בולצמן

בהתבסס על שלוש הנוסחאות לעיל, מתקבלות המסקנות הבאות:

– אם הגז נדחס, נפח הגז (V) יורד.

– אם נפח הגז (V) יורד, הלחץ (P) של הגז עולה והטמפרטורה (T) של הגז עולה.

– החדר סגור (V קבוע) לכן מספר המולים של גז (n) ומספר חלקיקי הגז (N) אינם משתנים.

– אם הטמפרטורה (T) של הגז עולה, האנרגיה הקינטית (EK) של הגז עולה. אם האנרגיה הקינטית של הגז עולה, מהירות התנועה של חלקיקי הגז עולה (EK = ½ mV)², v = מהירות).

התשובה הנכונה היא ג'.

13. כמות של גז אידיאלי בצינור סגור מחוממת בצורה איזוכורית כך שהטמפרטורה שלה עולה פי ארבעה מהטמפרטורה המקורית שלה. האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות הגז האידיאלי היא...

א. פי ¼ מהמקור

ב. פי חצי מהמקור

ג. כמו קודם

ד. שוב פעמיים

ה. 4 פעמים מקורי

דִיוּן

איזוכורי = נפח קבוע

הקשר בין האנרגיה הקינטית הממוצעת (EK) לטמפרטורה (T) של גז מבוטא במשוואה שלהלן:

EK = 3/2 קילו-ט

תיאור: EK = אנרגיה קינטית, T = טמפרטורה, 3/2 = קבוע, k = קבוע בולצמן.

בהתבסס על נוסחה זו, נראה כי אנרגיה קינטית היא ביחס ישר לטמפרטורה. לכן, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך האנרגיה הקינטית גדולה יותר. אם הטמפרטורה מוכפלת פי ארבעה, גם האנרגיה הקינטית תגדל פי ארבעה.

התשובה הנכונה היא ה'.

14. גז אידיאלי בעל לחץ P ונפח V בחלל סגור. אם לחץ הגז בחלל יורד ל-1/4 מערכו המקורי בנפח קבוע, אזי יחס האנרגיה הקינטית לפני ואחרי הפחתת הלחץ הוא...

א. 1 : 4

ב. 1 : 2

ג. 2:1

ד. 4:1

ה. 5 : 1

דִיוּן

זה ידוע :

נפח התחלתי = V

נפח סופי = V

לחץ התחלתי של גז = P

לחץ סופי של גז = ¼ P

נשאל השוואה בין אנרגיה קינטית התחלתית לאנרגיה קינטית סופית (EK)₁ : EK₂)

ג'וואב :

הקשר בין לחץ (P), נפח (V) ואנרגיה קינטית (EK) של גז:

השוואה בין אנרגיה קינטית התחלתית לאנרגיה קינטית סופית:

התשובה הנכונה היא ד'.

15. הטמפרטורה של גז אידיאלי בשפופרת מנוסחת כ-EK = 3/2 kT, כאשר T מייצג את הטמפרטורה המוחלטת ו-EK = האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות הגז. בהתבסס על המשוואה לעיל...

א. ככל שטמפרטורת הגז גבוהה יותר, כך האנרגיה הקינטית שלו קטנה יותר.

ב. ככל שטמפרטורת הגז גבוהה יותר, כך חלקיקי הגז נעים לאט יותר.

ג. ככל שטמפרטורת הגז גבוהה יותר, כך חלקיקי הגז נעים מהר יותר.

ד. טמפרטורת הגז היא ביחס הפוך לאנרגיה הקינטית של הגז

ה. טמפרטורת הגז אינה משפיעה על תנועת חלקיקי הגז.

דִיוּן

בהתבסס על הנוסחה לעיל, הטמפרטורה היא ביחס ישר לאנרגיה הקינטית. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך האנרגיה הקינטית גדולה יותר. אנרגיה קינטית היא ביחס מהירות תנועת חלקיקי הגז (EK = ½ mV).², כאשר EK = אנרגיה קינטית, v = מהירות). ככל שהאנרגיה הקינטית גדולה יותר, כך חלקיקי הגז נעים מהר יותר.

התשובה הנכונה היא ג'.

7. גורמים המשפיעים על האנרגיה הקינטית של גז במרחב סגור:

(1) לחץ

(2) נפח

(3) טמפרטורה

(4) סוגי חומרים

האמירה הנכונה היא….

א. (1) ו-(2)

ב. (1) ו-(3)

ג. (1) ו-(4)

ד. (2) בלבד

ה. (3) בלבד

דִיוּן

החלל סגור ולכן נפח הגז קבוע, נפח הגז אינו משפיע על האנרגיה הקינטית.

התשובה הנכונה היא ב'.

16. שימו לב להצהרה הבאה!

(1) מספר חלקיקי הגז גדל

(2) מספר השומות מצטמצם

(3) הטמפרטורה עולה

(4) עלייה בנפח

גורמים שיכולים להגביר את לחץ הגז בחלל סגור מסומנים במספר...

דִיוּן

המשוואה ללחץ גז בחלל סגור:

מֵידָע:

P = לחץ, N = מספר מולקולות הגז, m = מסה, v = מהירות ממוצעת של המולקולות, V = נפח המיכל, n = מספר מולים.

בהתבסס על המשוואה לעיל,

אם מספר חלקיקי הגז (N) עולה, לחץ הגז (P) עולה.

אם מספר המולים (n) מצטמצם, אזי לחץ הגז (P) מצטמצם.

אם הטמפרטורה (T) עולה, לחץ הגז (P) עולה.

אם הנפח (V) עולה, לחץ הגז (P) יורד.

אז הגורמים שיכולים להגביר את לחץ הגז בחלל סגור הם 1 ו-3.

17. גז ארגון נמצא בחדר סגור כאשר הטמפרטורה משתנה לפי 2 מהמקורי, אז מהירות התנועה של חלקיקי גז הארגון משתנה ל... פי... מהמקורי.

דִיוּן

זה ידוע:

טמפרטורה התחלתית = T

טמפרטורה סופית = 2T

מהירות התחלתית = v

נשאל: מהירות סופית = ….v

ג'וואב:

הנוסחה לקשר בין מהירות, אנרגיה קינטית ממוצעת וטמפרטורת הגז:

מֵידָע:

v = מהירות, k = קבוע בולצטמן, T = טמפרטורה, m = מסה

מהירות התחלתית:

נניח ש-k = 1, T = 1 ו-m = 1.

אם הטמפרטורה הסופית = 2 אז המהירות הסופית היא:

מהירות סופית = √2 פעמים המהירות המקורית.

18. כמות של גז אידיאלי חד-אטומי נמצאת בתחילה בלחץ של 120 קילופסקל. לאחר מכן, הגז מחומם בלחץ קבוע כך שהוא מתרחב. נניח שקבוע הגז האוניברסלי מבוטא כ- R J.mol^-1.K^-1אם בתהליך טמפרטורת הגז עולה ל-38,4 קלווין/R והעבודה לקילומול שמבצע הגז כדי להתפשט היא 8,4 ג'ול, אז הנפח ההתחלתי של הגז לקילומול הוא...

א. 210 סמ"ק

ב. 225 סמ"ק

כ-235 סמ"ק

נפח 240 סמ"ק

250 סמ"ק

דִיוּן

זה ידוע:

לחץ (P) = 120 kPa = 120.000 פסקל

קבוע גז אוניברסלי = R

טמפרטורה (T) = 38,4/R

עבודה (W) לקילומול = 8,4 ג'אול

נשאל: נפח התחלתי (V₁) לקילומול

ג'וואב:

חשב את הנפח הסופי (V₂):

PV₂ = n RT

120.000 (וולט₂) = R (38,4/R)

120.000 (וולט₂) = 38,4

V₂ = 38,4 /120.000

V₂ = 0,00032

V₂ = 0,32 x 10^-3 m³/קמול

V₂ = 0,32 x 10^-3 x 10⁶ cm³/קמול

V₂ = 0,32 x 10³ cm³/קמול

V₂ = 320 ס"מ³/קמול

V₂ = 320 סמ"ק/קמול

חשב את הנפח ההתחלתי (V₁):

W = P (V₂ - V₁)

8,4 = 120 x 10³ (0,32x10^-3 - V₁)

8,4 = 120 x 10³ 0,32x 10^-3 – (120 x 10³ V₁)

8,4 = 120 x 0,32 – (120 x 10³ V₁)

8,4 = 38,4 – (120 x 10³ V₁)

(120x10³ V₁) = 38,4 – 8,4

(120x10³ V₁) = 30

V₁ = 30 / (120 x 10³)

V₁ = 0,25 x 10^-3 m³

V₁ = 0,25 x 10^-3 x 10⁶ cm³

V₁ = 0,25 x 10³ cm³

V₁ = 250 ס"מ³

V₁ = 250 סמ"ק

התשובה הנכונה היא ה'.

19. גז ארגון יכול להיחשב כגז אידיאלי. לגז יש בתחילה אנרגיה פנימית E₁ וטמפרטורה T₁הגז עובר תהליך של ביצוע עבודה W, תוך שחרור אנרגיה בשווי Q והמצב הסופי של האנרגיה הפנימית הוא E._f וטמפרטורה T_fגודל שינוי האנרגיה מתואר בתמונה למעלה. מהי המסקנה של תהליך זה?

א. גז עובר תהליך איזוברי ותהליך T_f < ת_i

ב. גז עובר תהליך אדיאבטי ו-T_f < ת_i

ג. גז עובר תהליך איזוכורי ותהליך T_f < ת_i

ד. גז עובר תהליך איזותרמי ו-T_f = ת_i

ה. גז עובר תהליך איזוכורי ותהליך T_f = ת_i

דִיוּן

בהתבסס על התמונה, האנרגיה ההתחלתית (E_i) ואנרגיה סופית (E_f) לא משתנה, במילים אחרות השינוי אנרגיה פנימית שווה אפס. הנוסחה לשינויים באנרגיה פנימית: ΔU = 3/2 N k ΔT

בהתבסס על נוסחה זו, אם השינוי אנרגיה פנימית אפס (ΔU=0) אז גם שינוי הטמפרטורה הוא אפס (ΔT=0). שינוי טמפרטורה אפס פירושו שהטמפרטורה לא משתנה. אם הטמפרטורה לא משתנה אז הגז עובר תהליך איזותרמי.

התשובה הנכונה היא ד'.

מקור השאלה:

שאלות בפיזיקה בבחינה הארצית לחטיבת ביניים/תיכון מקצועי