Kerja yang dilakukan dalam proses termodinamik – masalah dan penyelesaian

1. Suatu gas ideal dimampatkan dari keadaan 1 ke keadaan 2 seperti yang ditunjukkan dalam graf di bawah. Tentukan kerja yang dilakukan oleh gas tersebut.

Penyelesaian

1 liter = 0.001 ^m3

Diketahui: Kerja yang dilakukan dalam proses termodinamik – masalah dan penyelesaian 1

Tekanan 1 (P1 ₎ = 10 kPa = 10,000 Pa = 10,000 N/ ^m2

Tekanan 2 (P ₂ ) = 20 kPa = 20,000 Pa = 20,000 N/m ²

Isipadu 1 (V ₁ ) = 4 liter = 4 (0.001 m ³ ) = 0.004 m ³

Isipadu 2 (V ₂ ) = 10 liter = 10 (0.001 m ³ ) = 0.010 m ³

Dikehendaki: Kerja yang dilakukan oleh gas (W)

Penyelesaian:

W = P (V ₂ – V ₁ ) + 1/2 (P ₂ – P ₁ )(V ₂ – V ₁ )

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)

W = 60 + 1/2 (60)

W = 60 + 30

W = 90 Joule

2. Tentukan kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses abcda, seperti yang ditunjukkan dalam graf di bawah.

Diketahui:

Tekanan 1 (P₁) = 1 x 10⁵ Pa = 1 x 10⁵ N / m²

Tekanan 2 (P ₂ ) = 3 x 10 ⁵ Pa = 3 x 10 ⁵ N/m ²

Isipadu 1 (V ₁ ) = 2 m ³

Isipadu 2 (V ₂ ) = 4 m ³

Dicari: Kerja (W)

Penyelesaian:

Kerja yang dilakukan oleh gas = luas segi empat tepat abcd.

W = (P2 _– P1 ₎ ( _V2 – _V1 )

W = (3 x 10 ⁵ – 1 x 10 ⁵ )(4 – 2)

W = (2 x 10 ⁵ )(2)

W = 4 x ¹⁰⁷ Joule

W = 400,000 Joule

W = 400 kJ

3. Tentukan kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses ABCA.

Diketahui:

Tekanan 1 (P₁) = 1 N/m²

Tekanan 2 (P ₂ ) = 7 N/m ²

Isipadu 1 (V ₁ ) = 1 m ³

Isipadu 2 (V ₂ ) = 5 m ³

Dicari: Kerja (W)

Penyelesaian:

Kerja yang dilakukan oleh gas = luas segitiga ABC

W = ½ (P ₂ – P ₁ )(V ₂ – V ₁ )

W = ½ (7-1)(5-1)

W = ½ (6)(4)

W = ½ (24)

W = 12 Joule

Apakah definisi kerja dalam termodinamik?
- Jawapan: Dalam termodinamik, kerja ditakrifkan sebagai pemindahan tenaga ke atau dari sistem yang bukan disebabkan oleh perbezaan suhu antara sistem dan persekitarannya.
Bagaimanakah kerja berkaitan dengan gambarajah tekanan-isipadu (PV) bagi suatu proses termodinamik?
- Jawapan: Dalam gambar rajah PV, kerja yang dilakukan oleh atau pada sistem semasa proses diwakili oleh luas di bawah lengkung proses tersebut. Bagi proses yang melibatkan gas, kerja sering diberikan oleh kamiran P dV, dengan P ialah tekanan dan dV ialah perubahan isipadu yang berbeza.
Apakah kerja yang dilakukan semasa proses isokorik?
- Jawapan: Proses isokorik berlaku pada isipadu malar. Oleh kerana tiada perubahan isipadu, kerja yang dilakukan semasa proses isokorik adalah sifar.
Bagaimanakah kerja yang dilakukan dalam pengembangan isobarik (tekanan malar) berbeza daripada kerja dalam pengembangan isoterma (suhu malar) gas ideal?
- Jawapan: Dalam pengembangan isobarik, kerja dikira sebagai $W = P \times Δ V$ , di mana P ialah tekanan malar dan $Δ V$ ialah perubahan isipadu. Bagi pengembangan isoterma gas ideal, kerja boleh dikira menggunakan persamaan $W = n RT ln (V ^{f/Vi})$ , dengan n ialah bilangan mol, R ialah pemalar gas universal, dan $V_{f}$ dan $V_{i}$ masing-masing adalah jilid akhir dan awal.
Apakah kepentingan hukum termodinamik pertama mengenai kerja dan tenaga?
- Jawapan: Hukum termodinamik pertama menyatakan bahawa perubahan tenaga dalaman sesuatu sistem adalah sama dengan haba yang ditambah kepada sistem ditolak kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap persekitarannya. Ia mewakili prinsip pemuliharaan tenaga.
Bagi proses kitaran pada gambar rajah PV, apakah yang diwakili oleh kawasan tertutup?
- Jawapan: Bagi proses kitaran pada gambar rajah PV, kawasan tertutup mewakili kerja bersih yang dilakukan oleh atau pada sistem semasa satu kitaran.
Bagaimanakah kerja yang dilakukan dalam proses adiabatik berbeza daripada proses isoterma untuk gas ideal?
- Jawapan: Dalam proses adiabatik, tiada pertukaran haba dengan persekitaran, jadi kerja yang dilakukan menghasilkan perubahan dalam tenaga dalaman gas. Bagi proses isoterma, suhu kekal malar, dan sebarang kerja yang dilakukan diseimbangkan dengan jumlah pemindahan haba yang sama, jadi tiada perubahan dalam tenaga dalaman.
Mengapakah kerja yang dilakukan dalam proses tak boleh balik boleh berbeza daripada proses boleh balik walaupun keadaan awal dan akhir adalah sama?
- Jawapan: Dalam proses boleh balik, setiap keadaan pertengahan antara keadaan awal dan akhir berada dalam keseimbangan. Dalam proses tidak boleh balik, ini tidak berlaku. Laluan yang diambil pada gambar rajah PV, dan dengan itu kerja yang dilakukan, boleh berbeza dengan ketara antara kedua-dua jenis proses, walaupun ia bermula dan berakhir pada titik yang sama.
Bagaimanakah kehadiran sifat gas bukan ideal (nyata) mempengaruhi pengiraan kerja dalam proses termodinamik?
- Jawapan: Bagi gas sebenar, sisihan daripada sifat ideal boleh menyebabkan perbezaan dalam pengiraan kerja, terutamanya pada tekanan tinggi atau suhu rendah. Persamaan Van der Waals atau model gas sebenar yang lain mungkin perlu digunakan untuk mengambil kira sisihan ini.
Apakah maksudnya apabila kerja yang dilakukan pada sesuatu sistem adalah negatif?

Jawapan: Apabila kerja yang dilakukan pada sesuatu sistem adalah negatif, ia bermakna sistem tersebut sedang melakukan kerja pada persekitarannya. Ini selalunya sepadan dengan pengembangan gas terhadap tekanan luaran.