ເທີໂມໄດນາມິກ - ບັນຫາ ແລະ ວິທີແກ້ໄຂ

ເທີໂມໄດນາມິກ - ບັນຫາ ແລະ ວິທີແກ້ໄຂ

ກົດຫມາຍທໍາອິດຂອງ thermodynamics

1. ອີງຕາມກຣາຟ PV ຂ້າງລຸ່ມນີ້, ອັດຕາສ່ວນຂອງ ວຽກງານ ທີ່ເຮັດໂດຍອາຍແກັສໃນຂະບວນການ I ຕໍ່ກັບວຽກງານທີ່ເຮັດໂດຍອາຍແກັສໃນຂະບວນການ II ແມ່ນເທົ່າໃດ?

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ຂະບວນການທີ 1:

ຄວາມດັນ (P) = 20 N/ ^m2

ປະລິມານເບື້ອງຕົ້ນ (V ₁ ) = 10 ລິດ = 10 dm ³ = 10 x 10 ^-3 ມ ³

ປະລິມານສຸດທ້າຍ (V ₂ ) = 40 ລິດ = 40 dm ³ = 40 x 10 ^-3 ມ ³

ຂະບວນການທີ 2:

ຂະບວນການ (P) = 15 N/ ^m2

ປະລິມານເບື້ອງຕົ້ນ (V ₁ ) = 20 ລິດ = 20 dm ³ = 20 x 10 ^-3 ມ ³

ປະລິມານສຸດທ້າຍ (V ₂ ) = 60 ລິດ = 60 dm ³ = 60 x 10 ^-3 ມ ³

ຕ້ອງການ: ອັດຕາສ່ວນຂອງວຽກງານທີ່ເຮັດໂດຍອາຍແກັສ

ວິທີແກ້ໄຂ:

ວຽກງານທີ່ເຮັດໂດຍອາຍແກັສໃນຂະບວນການ I:

W = P ΔV = P (V ₂ –V ₁ ) = (20)(40-10)(10 ^-3 ມ ³ ) = (20)(30)(10 ^-3 ມ ³ ) = (600)(10 ^-3 ມ ³ ) = 0.6 ມ ³

ວຽກງານທີ່ເຮັດໂດຍອາຍແກັສໃນຂະບວນການ II:

W = P ΔV = P (V ₂ –V ₁ ) = (15)(60-20)(10 ^-3 ມ ³ ) = (15)(40)(10 ^-3 ມ ³ ) = (600)(10 ^-3 ມ ³ ) = 0.6 ມ ³

ອັດຕາສ່ວນຂອງວຽກງານທີ່ເຮັດໂດຍອາຍແກັສໃນຂະບວນການ I ແລະຂະບວນການ II:

0.6 ມ ³ : 0.6 ມ ³

1: 1

2.

ອີງຕາມກຣາຟຂ້າງລຸ່ມນີ້, ວຽກງານທີ່ອາຍແກັສຮີລຽມເຮັດໃນຂະບວນການ AB ແມ່ນຫຍັງ?

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ຄວາມດັນ (P) = 2 x 105 ^N /m2 ⁼ 2 x ¹⁰⁵ Pascals

ປະລິມານເບື້ອງຕົ້ນ (V ₁ ) = 5 ຊມ ³ = 5 x 10 ^-6 ມ ³

ປະລິມານສຸດທ້າຍ (V ₂ ) = 15 ຊມ ³ = 15 x 10 ^-6 ມ ³

ຕ້ອງການ: ວຽກທີ່ເຮັດໂດຍອາຍແກັສໃນຂະບວນການ AB

ວິທີແກ້ໄຂ:

W = ∆P ∆V

W = P ( _V2 – _V1 )

W = (2 x 10 ⁵ )(15 x 10 ^-6 – 5 x 10 ^-6 )

W = (2 x 10 ⁵ )(10 x 10 ^-6 ) = (2 x 10 ⁵ )(1 x 10 ^-5 )

W = 2 ຈູລ

3.

ອີງຕາມກຣາຟຂ້າງລຸ່ມນີ້, ວຽກງານທີ່ເຮັດໃນຂະບວນການ AB ແມ່ນຫຍັງ?

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ຄວາມດັນເບື້ອງຕົ້ນ (P1 ₎ = 4 Pa ​​= 4 N/ ^m2

ຄວາມດັນສຸດທ້າຍ (P2 ₎ = 6 Pa = 6 N/ ^m2

ປະລິມານເບື້ອງຕົ້ນ (V1 ₎ = 2 ມ ³

ປະລິມານສຸດທ້າຍ (V ₂ ) = 4 ມ ³

ຕ້ອງການ: ວຽກທີ່ເຮັດແລ້ວ ຂ້ອຍກຳລັງດຳເນີນການ ab

ວິທີແກ້ໄຂ:

ວຽກທີ່ເຮັດໂດຍອາຍແກັສ = ເນື້ອທີ່ພາຍໃຕ້ເສັ້ນໂຄ້ງ ab

W = ເນື້ອທີ່ຂອງຮູບສາມຫຼ່ຽມ + ເນື້ອທີ່ຂອງຮູບສີ່ແຈສາກ

W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

W = 2 + 8

W = 10 ຈູລ

4. ອີງຕາມກຣາຟຂ້າງລຸ່ມນີ້, ວຽກງານທີ່ເຮັດໃນຂະບວນການ ABCA ແມ່ນຫຍັງ.

ວິທີແກ້ໄຂ:

ວຽກ (W) = ເນື້ອທີ່ຂອງສາມຫຼ່ຽມ ABC

W = ½ (20-10)(6 x 10 ⁵ – 2 x 10 ⁵ )

W = ½ (10)(4 x 10 ⁵ )

W = (5)(4 x 10 ⁵ )

ກ = 20 x 10 ⁵

W = 2 x 10 ⁶ ຈູລ

ເຄື່ອງຈັກຄວາມຮ້ອນ

5. ເຄື່ອງຈັກດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ 2000 ຈູນ ທີ່ອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ປ່ອຍຄວາມຮ້ອນອອກ 1200 ຈູນ ທີ່ອຸນຫະພູມຕໍ່າ. ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກແມ່ນຫຍັງ?

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ການປ້ອນຂໍ້ມູນຄວາມຮ້ອນ (QH ₎ = 2000 ຈູນ

ຜົນຜະລິດຄວາມຮ້ອນ (Q _L ) = 1200 ຈູນ

ວຽກທີ່ເຄື່ອງຈັກເຮັດ (W) = 2000 – 1200 = 800 ຈູນ

ຕ້ອງການ: ປະສິດທິພາບ (e)

ວິທີແກ້ໄຂ:

e = W / Q _H

ອີ = 800/2000

ອີ = 0.4 x 100%

e = 40%

ເຄື່ອງຈັກ Carnot

6. ເຄື່ອງຈັກດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນທີ່ 960 ເຄລວິນ ແລະ ເຄື່ອງຈັກປ່ອຍຄວາມຮ້ອນທີ່ 576 ເຄລວິນ. ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກແມ່ນຫຍັງ.

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ອຸນຫະພູມສູງ (T₂H₄ ₎ = 960 K

ອຸນຫະພູມຕ່ຳ (T₂L ₎ = 576 K

ຕ້ອງການ: ປະສິດທິພາບ (e)

ວິທີແກ້ໄຂ:

ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot = 0.4 x 100% = 40%

7. ອີງຕາມກຣາຟຂ້າງລຸ່ມນີ້, ວຽກທີ່ເຄື່ອງຈັກເຮັດໄດ້ແມ່ນ 6000 ຈູນ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ເຄື່ອງຈັກປ່ອຍອອກມາໃນແຕ່ລະວົງມົນແມ່ນເທົ່າໃດ?

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ແຮງດັນ (W) = 6000 ຈູນ

ອຸນຫະພູມສູງ (TH ₎ = 800 ເຄວິນ

ອຸນຫະພູມຕ່ຳ (T _L ) = 300 ເຄວິນ

ຕ້ອງການ: ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກເຄື່ອງຈັກ

ວິທີແກ້ໄຂ :

ປະສິດທິພາບ Carnot (ເໝາະສົມ):

ຄວາມຮ້ອນທີ່ດູດຊຶມໂດຍເຄື່ອງຈັກ Carnot:

W = e Q ₁

6000 = (0.625) ຄິວ ₁

ຄວ ₁ = 6000 / 0.625

ຄວ ₁ = 9600

ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາໂດຍເຄື່ອງຈັກ Carnot:

Q ₂ = Q ₁ – W

Q ₂ = 9600 – 6000

Q ₂ = 3600 ຈູນ

8. ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot ແມ່ນ 40%. ຖ້າຄວາມຮ້ອນຖືກດູດຊຶມຢູ່ທີ່ 727°C ແລ້ວອຸນຫະພູມຕໍ່າສຸດຈະເປັນແນວໃດ.

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ປະສິດທິພາບ (e) = 40% = 40/100 = 0.4

ອຸນຫະພູມສູງ (TH₂H₄ ₎ = 727 ^oC + 273 = 1000 K

ຕ້ອງການ: ອຸນຫະພູມຕໍ່າ

ວິທີແກ້ໄຂ:

TL = 600 ເຄວິນ – 273 = ₃₂₇ ^oC

9. ອີງຕາມກຣາຟຂ້າງລຸ່ມນີ້, ຖ້າເຄື່ອງຈັກດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ 800 J, ເຄື່ອງຈັກຈະມີວຽກຫຍັງເຮັດ.

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ອຸນຫະພູມສູງ (TH ₎ = 600 ເຄວິນ

ອຸນຫະພູມຕ່ຳ (T _L ) = 250 ເຄວິນ

ການປ້ອນຂໍ້ມູນຄວາມຮ້ອນ (Q ₁ ) = 800 ຈູນ

ຕ້ອງການ: ວຽກງານ (W)

ວິທີແກ້ໄຂ:

ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot:

ເຄື່ອງຈັກໄດ້ເຮັດວຽກ:

W = e Q ₁

W = (7/12)(800 ຈູນ)

W = 466.7 ຈູລ

10. ອຸນຫະພູມສູງຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot ແມ່ນ 600 K. ຖ້າເຄື່ອງຈັກດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ 600 J ແລະອຸນຫະພູມຕໍ່າແມ່ນ 400 K, ວຽກງານທີ່ເຄື່ອງຈັກເຮັດແມ່ນຫຍັງ.

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:

ອຸນຫະພູມຕ່ຳ (T₂L ₎ = 400 K

ອຸນຫະພູມສູງ (T₂H₄ ₎ = 600 K

ການປ້ອນຂໍ້ມູນຄວາມຮ້ອນ (Q ₁ ) = 600 ຈູນ

ຕ້ອງການ: ວຽກງານໄດ້ເຮັດໂດຍເຄື່ອງຈັກ Carnot (W)

ວິທີແກ້ໄຂ:

ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກ Carnot:

ວຽກງານໄດ້ເຮັດໂດຍເຄື່ອງຈັກ Carnot:

W = e Q ₁

W = (1/3)(600) = 200 ຈູນ

1. ຈຸດສຸມຫຼັກຂອງເທີໂມໄດນາມິກແມ່ນຫຍັງ? ຄໍາຕອບເທີໂມໄດນາມິກສຸມໃສ່ການສຶກສາກ່ຽວກັບພະລັງງານ, ການຫັນປ່ຽນຂອງມັນ, ແລະ ຄວາມສຳພັນຂອງມັນກັບສານ, ໂດຍສະເພາະໃນລະບົບທີ່ສົມດຸນ.
2. ກົດເກນສູນຂອງເທີໂມໄດນາມິກກ່ຽວຂ້ອງກັບອຸນຫະພູມແນວໃດ? ຄໍາຕອບກົດເກນສູນລະບຸວ່າ ຖ້າສອງລະບົບຢູ່ໃນສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນກັບລະບົບທີສາມ, ແລ້ວພວກມັນຈະຢູ່ໃນສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນເຊິ່ງກັນແລະກັນ. ນີ້ໝາຍເຖິງການມີຢູ່ຂອງຄຸນສົມບັດທີ່ເອີ້ນວ່າອຸນຫະພູມ, ເຊິ່ງຄືກັນສຳລັບທຸກລະບົບໃນສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນ.
3. ກົດເກນຂໍ້ທຳອິດຂອງເທີໂມໄດນາມິກອະທິບາຍເຖິງຫຍັງ? ຄໍາຕອບກົດໝາຍສະບັບທຳອິດ ຫຼື ທີ່ຮູ້ຈັກກັນໃນນາມກົດໝາຍວ່າດ້ວຍການອະນຸລັກພະລັງງານ ລະບຸວ່າພະລັງງານບໍ່ສາມາດສ້າງ ຫຼື ທຳລາຍໄດ້, ພຽງແຕ່ປ່ຽນຈາກຮູບແບບໜຶ່ງໄປເປັນອີກຮູບແບບໜຶ່ງເທົ່ານັ້ນ. ໃນລະບົບປິດ, ການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານພາຍໃນແມ່ນເທົ່າກັບຄວາມຮ້ອນທີ່ເພີ່ມເຂົ້າໃນລະບົບລົບດ້ວຍວຽກງານທີ່ລະບົບເຮັດຕໍ່ສິ່ງອ້ອມຂ້າງ.
4. ເປັນຫຍັງກົດເກນທີສອງຂອງເທີໂມໄດນາມິກຈຶ່ງມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ການເຂົ້າໃຈທິດທາງຂອງຂະບວນການທຳມະຊາດ? ຄໍາຕອບກົດເກນຂໍ້ທີສອງລະບຸວ່າ entropy (ຫຼື ຄວາມບໍ່ເປັນລະບຽບ) ຂອງລະບົບໂດດດ່ຽວເພີ່ມຂຶ້ນ ຫຼື ຄົງທີ່ສະເໝີ. ສິ່ງນີ້ກຳນົດວ່າພະລັງງານຈະກະຈາຍຕົວໄປຕາມທຳມະຊາດຖ້າບໍ່ມີອຸປະສັກ, ເຊິ່ງເປັນການໃຫ້ທິດທາງແກ່ຂະບວນການທຳມະຊາດ ແລະ ອະທິບາຍໂດຍພື້ນຖານວ່າເປັນຫຍັງຂະບວນການບາງຢ່າງຈຶ່ງເກີດຂຶ້ນຕາມທຳມະຊາດໃນຂະນະທີ່ຂະບວນການອື່ນໆບໍ່ເກີດຂຶ້ນ.
5. ເອນໂທຣປີແມ່ນຫຍັງ, ແລະມັນກ່ຽວຂ້ອງກັບຄວາມບໍ່ເປັນລະບຽບໃນລະບົບແນວໃດ? ຄໍາຕອບເອນໂທຣປີ ແມ່ນການວັດແທກປະລິມານພະລັງງານໃນລະບົບທີ່ບໍ່ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້. ມັນຍັງມັກຖືກອະທິບາຍວ່າເປັນການວັດແທກຄວາມບໍ່ເປັນລະບຽບ ຫຼື ຄວາມສຸ່ມຂອງລະບົບ. ໂດຍທົ່ວໄປ, ເອນໂທຣປີທີ່ສູງກວ່າສອດຄ່ອງກັບຄວາມບໍ່ເປັນລະບຽບ ຫຼື ຄວາມສຸ່ມທີ່ສູງກວ່າ.
6. ກົດເກນທີສາມຂອງເທີໂມໄດນາມິກອະທິບາຍເຖິງ entropy ຂອງຜລຶກທີ່ສົມບູນແບບຢູ່ທີ່ສູນຄ່າສຳບູນແນວໃດ? ຄໍາຕອບກົດໝາຍຂໍ້ທີສາມລະບຸວ່າ entropy ຂອງຜລຶກທີ່ສົມບູນແບບແມ່ນສູນຢ່າງແນ່ນອນຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມສູນຢ່າງແທ້ຈິງ (0 Kelvin). ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມນີ້, ລະບົບຈະຖືກຈັດລຽງຢ່າງສົມບູນ.
7. ເປັນຫຍັງຄວາມຮ້ອນຈຶ່ງບໍ່ສາມາດໄຫຼຈາກຮ່າງກາຍທີ່ເຢັນກວ່າໄປຫາຮ່າງກາຍທີ່ຮ້ອນກວ່າດ້ວຍຕົວມັນເອງ? ຄໍາຕອບພຶດຕິກຳນີ້ແມ່ນຜົນສະທ້ອນຂອງກົດເກນທີສອງຂອງເທີໂມໄດນາມິກ. ຖ້າຄວາມຮ້ອນໄຫຼຈາກວັດຖຸທີ່ເຢັນກວ່າໄປຫາວັດຖຸທີ່ຮ້ອນກວ່າໂດຍທຳມະຊາດ, ມັນຈະນຳໄປສູ່ການຫຼຸດລົງຂອງເອນໂທຣປີໂດຍລວມຂອງລະບົບ, ເຊິ່ງບໍ່ເປັນທີ່ໂປດປານຂອງຂະບວນການທຳມະຊາດ.
8. ແມ່ນຫຍັງຄືຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງລະບົບໂດດດ່ຽວ, ລະບົບປິດ, ແລະ ລະບົບເປີດໃນດ້ານເທີໂມໄດນາມິກ? ຄໍາຕອບລະບົບທີ່ໂດດດ່ຽວບໍ່ໄດ້ແລກປ່ຽນພະລັງງານ ຫຼື ສານກັບສິ່ງແວດລ້ອມ. ລະບົບປິດສາມາດແລກປ່ຽນພະລັງງານໄດ້ ແຕ່ມັນບໍ່ສຳຄັນກັບສິ່ງແວດລ້ອມ. ລະບົບເປີດສາມາດແລກປ່ຽນທັງພະລັງງານ ແລະ ສານກັບສິ່ງແວດລ້ອມ.
9. ແນວຄວາມຄິດຂອງ “ວຽກ” ໃນວິຊາເທີໂມໄດນາມິກແຕກຕ່າງຈາກການນຳໃຊ້ຄຳສັບນີ້ໃນຊີວິດປະຈຳວັນແນວໃດ? ຄໍາຕອບໃນວິຊາເທີໂມໄດນາມິກ, “ວຽກ” ໝາຍເຖິງຂະບວນການຖ່າຍໂອນພະລັງງານທີ່ແຮງທີ່ໃຊ້ກັບວັດຖຸຈະເຄື່ອນຍ້າຍມັນໄປໃນທິດທາງຂະໜານກັບແຮງ. ຕົວຢ່າງ, ເມື່ອອາຍແກັສຂະຫຍາຍຕົວຕໍ່ກັບກະບອກສູບ, ມັນຈະເຮັດວຽກຢູ່ເທິງກະບອກສູບ. ນີ້ແມ່ນຄຳນິຍາມສະເພາະເຈາະຈົງກວ່າເມື່ອທຽບກັບການນຳໃຊ້ປະຈຳວັນຂອງ “ວຽກ”, ເຊິ່ງອາດຈະໝາຍເຖິງວຽກງານ ຫຼື ກິດຈະກຳໃດໆ.

10. ວົງຈອນ Carnot ແມ່ນຫຍັງ, ແລະເປັນຫຍັງມັນຈຶ່ງມີຄວາມສຳຄັນໃນວິຊາເທີໂມໄດນາມິກ? ຄຳຕອບ : ວົງຈອນ Carnot ແມ່ນວົງຈອນເທີໂມໄດນາມິກທີ່ເປັນອຸດົມການທີ່ໃຫ້ຂີດຈຳກັດສູງສຸດກ່ຽວກັບປະສິດທິພາບທີ່ເຄື່ອງຈັກເທີໂມໄດນາມິກແບບຄລາສສິກສາມາດບັນລຸໄດ້ໃນລະຫວ່າງການປ່ຽນຄວາມຮ້ອນເປັນວຽກ (ຫຼືໃນທາງກັບກັນ). ມັນມີຄວາມສຳຄັນເພາະມັນກຳນົດຂີດຈຳກັດປະສິດທິພາບພື້ນຖານໂດຍອີງໃສ່ອຸນຫະພູມຂອງອ່າງເກັບຄວາມຮ້ອນລະຫວ່າງທີ່ເຄື່ອງຈັກເຮັດວຽກ.