Termodinamik – masalah dan penyelesaian
1. Berdasarkan graf PV di bawah, apakah nisbah kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses I kepada kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses II?
Diketahui:
Proses 1:
Tekanan (P) = 20 N/ m2
Isipadu awal (V 1 ) = 10 liter = 10 dm 3 = 10 x 10 -3 m 3
Isipadu akhir (V 2 ) = 40 liter = 40 dm 3 = 40 x 10 -3 m 3
Proses 2:
Proses (P) = 15 N/ m2
Isipadu awal (V 1 ) = 20 liter = 20 dm 3 = 20 x 10 -3 m 3
Isipadu akhir (V 2 ) = 60 liter = 60 dm 3 = 60 x 10 -3 m 3
Dikehendaki: Nisbah kerja yang dilakukan oleh gas
Penyelesaian:
Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses I:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (20)(40-10)(10 -3 m 3 ) = (20)(30)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0.6 m 3
Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses II:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (15)(60-20)(10 -3 m 3 ) = (15)(40)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0.6 m 3
Nisbah kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses I dan proses II:
0.6 m3 : 0.6 m3
1: 1
2.
Berdasarkan graf di bawah, apakah kerja yang dilakukan oleh gas helium dalam proses AB?
Diketahui:
Tekanan (P) = 2 x 10 5 N/m2 = 2 x 10 5 Pascal
Isipadu awal (V 1 ) = 5 cm 3 = 5 x 10 -6 m 3
Isipadu akhir (V 2 ) = 15 cm 3 = 15 x 10 -6 m 3
Dikehendaki: Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses AB
Penyelesaian:
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 Joule
3.
Berdasarkan graf di bawah, apakah kerja yang dilakukan dalam proses AB?
Diketahui:
Tekanan awal (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
Tekanan akhir (P 2 ) = 6 Pa = 6 N/m 2
Isipadu awal (V 1 ) = 2 m 3
Isipadu akhir (V 2 ) = 4 m 3
Dikehendaki: kerja yang telah selesai saya proseskan
Penyelesaian:
Kerja yang dilakukan oleh gas = luas di bawah lengkung ab
W = luas segi tiga + luas segi empat tepat
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
4. Berdasarkan graf di bawah, apakah kerja yang dilakukan dalam proses ABCA.
Penyelesaian:
Kerja (W) = Luas segitiga 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 )
W = 20 x 10 5
W = 2 x 10 6 Joule
5. Sebuah enjin menyerap 2000 Joule haba pada suhu tinggi dan mengeluarkan 1200 Joule haba pada suhu rendah. Berapakah kecekapan enjin tersebut?
Diketahui:
Input haba (Q₂H₃ ) = 2000 Joule
Haba yang dikeluarkan (QL ) = 1200 Joule
Kerja yang dilakukan oleh enjin (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule
Dikehendaki: kecekapan (e)
Penyelesaian:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40%
6. Sebuah enjin menyerap haba pada 960 Kelvin dan enjin tersebut mengeluarkan haba pada 576 Kelvin. Berapakah kecekapan enjin tersebut.
Diketahui:
Suhu tinggi (T₂H₂ ) = 960 K
Suhu rendah (T L ) = 576 K
Dikehendaki: kecekapan (e)
Penyelesaian:
Kecekapan enjin Carnot = 0.4 x 100% = 40%
7. Berdasarkan graf di bawah, kerja yang dilakukan oleh enjin ialah 6000 Joule. Berapakah haba yang dilepaskan oleh enjin setiap bulatan?
Diketahui:
Kerja (W) = 6000 Joule
Suhu tinggi (T₂H₂ ) = 800 Kelvin
Suhu rendah (T L ) = 300 Kelvin
Dikehendaki: haba yang dilepaskan oleh enjin
Penyelesaian :
Kecekapan Carnot (ideal):
Haba yang diserap oleh enjin Carnot:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q 1
Q 1 = 6000 / 0.625
S1 = 9600
Haba yang dilepaskan oleh enjin Carnot:
S 2 = S 1 – W
S2 = 9600 – 6000
Q 2 = 3600 Joule
8. Kecekapan enjin Carnot ialah 40%. Jika haba diserap pada 727°C, maka apakah suhu rendahnya.
Diketahui:
Kecekapan (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Suhu tinggi (T₂H₂ ) = 727 ° C + 273 = 1000 K
Dikehendaki: Suhu rendah
Penyelesaian:
T L = 600 Kelvin – 273 = 327 ° C
9. Berdasarkan graf di bawah, jika enjin menyerap 800 J haba, apakah kerja yang dilakukan oleh enjin itu.
Diketahui:
Suhu tinggi (T₂H₂ ) = 600 Kelvin
Suhu rendah (T L ) = 250 Kelvin
Input haba (Q1 ) = 800 Joule
Dicari: Kerja (W)
Penyelesaian:
Kecekapan enjin Carnot:
Kerja telah dilakukan oleh enjin:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joule)
W = 466.7 Joule
10. Suhu tinggi enjin Carnot ialah 600 K. Jika enjin menyerap 600 J haba dan suhu rendah ialah 400 K, apakah kerja yang dilakukan oleh enjin itu.
Diketahui:
Suhu rendah (T L ) = 400 K
Suhu tinggi (T₂H₂ ) = 600 K
Input haba (Q1 ) = 600 Joule
Dikehendaki: Kerja dilakukan oleh enjin Carnot (W)
Penyelesaian:
Kecekapan enjin Carnot:
Kerja telah dilakukan oleh enjin Carnot:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Joule
- Apakah fokus utama termodinamik? jawapanTermodinamik memberi tumpuan kepada kajian tenaga, transformasinya dan hubungannya dengan jirim, terutamanya dalam sistem pada keseimbangan.
- Bagaimanakah hukum termodinamik ke-sifar berkaitan dengan suhu? jawapanHukum sifar menyatakan bahawa jika dua sistem masing-masing berada dalam keseimbangan terma dengan sistem ketiga, maka ia berada dalam keseimbangan terma antara satu sama lain. Ini menunjukkan kewujudan sifat yang dipanggil suhu, yang sama untuk semua sistem dalam keseimbangan terma.
- Apakah yang digambarkan oleh hukum termodinamik pertama? jawapanHukum pertama, juga dikenali sebagai hukum pemuliharaan tenaga, menyatakan bahawa tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan, hanya ditukar daripada satu bentuk kepada bentuk yang lain. Dalam sistem tertutup, perubahan tenaga dalaman adalah sama dengan haba yang ditambah kepada sistem ditolak kerja yang dilakukan oleh sistem ke atas persekitarannya.
- Mengapakah hukum termodinamik kedua penting untuk memahami arah proses semula jadi? jawapanHukum kedua menyatakan bahawa entropi (atau gangguan) sistem terpencil sentiasa meningkat atau kekal malar. Ini menentukan bahawa tenaga tersebar secara spontan jika tidak dihalang daripada berbuat demikian, memberikan arah kepada proses semula jadi dan pada asasnya menjelaskan mengapa proses tertentu berlaku secara spontan manakala yang lain tidak.
- Apakah entropi, dan bagaimana ia berkaitan dengan gangguan dalam sistem? jawapanEntropi ialah ukuran jumlah tenaga dalam sistem yang tidak tersedia untuk melakukan kerja. Ia juga sering digambarkan sebagai ukuran gangguan atau kerawakan sistem. Secara umum, entropi yang lebih tinggi sepadan dengan gangguan atau kerawakan yang lebih besar.
- Bagaimanakah hukum termodinamik ketiga menggambarkan entropi hablur sempurna pada sifar mutlak? jawapanHukum ketiga menyatakan bahawa entropi hablur sempurna adalah tepat sifar pada suhu sifar mutlak (0 Kelvin). Ini bermakna pada suhu ini, sistem tersebut tertib sempurna.
- Mengapakah haba tidak boleh mengalir dari jasad yang lebih sejuk ke jasad yang lebih panas dengan sendirinya? jawapanTingkah laku ini adalah akibat daripada hukum termodinamik kedua. Jika haba mengalir dari jasad yang lebih sejuk ke jasad yang lebih panas secara spontan, ia akan menyebabkan penurunan entropi keseluruhan sistem, yang tidak digemari oleh proses semula jadi.
- Apakah perbezaan antara sistem terpencil, tertutup dan terbuka dalam termodinamik? jawapanSistem terpencil tidak menukar tenaga atau jirim dengan persekitarannya. Sistem tertutup boleh menukar tenaga tetapi ia tidak jirim dengan persekitarannya. Sistem terbuka boleh menukar tenaga dan jirim dengan persekitarannya.
- Bagaimanakah konsep "kerja" dalam termodinamik berbeza daripada penggunaan istilah tersebut dalam kehidupan seharian? jawapanDalam termodinamik, "kerja" merujuk kepada proses pemindahan tenaga di mana daya yang dikenakan pada sesuatu objek menggerakkannya dalam arah selari dengan daya. Contohnya, apabila gas mengembang melawan omboh, ia berfungsi pada omboh. Ini adalah definisi yang lebih spesifik berbanding penggunaan "kerja" setiap hari, yang mungkin bermaksud sebarang tugas atau aktiviti.
-
Apakah kitaran Carnot, dan mengapa ia penting dalam termodinamik? Jawapan : Kitaran Carnot ialah kitaran termodinamik ideal yang memberikan had atas kecekapan yang boleh dicapai oleh mana-mana enjin termodinamik klasik semasa penukaran haba kepada kerja (atau sebaliknya). Ia penting kerana ia menetapkan had kecekapan asas berdasarkan suhu takungan haba di mana enjin beroperasi.
