Termodinamika – problemi u soluzzjonijiet
L-ewwel liġi tat-termodinamika
1. Abbażi tal-graff PV hawn taħt, x'inhu l-proporzjon tax- xogħol magħmul mill-gass fil-proċess I, għax-xogħol magħmul mill-gass fil-proċess II?
Magħruf:
Proċess 1:
Pressjoni (P) = 20 N/ m²
Volum inizjali (V 1 ) = 10 litru = 10 dm 3 = 10 x 10 -3 m 3
Volum finali (V 2 ) = 40 litru = 40 dm 3 = 40 x 10 -3 m 3
Proċess 2:
Proċess (P) = 15 N/ m²
Volum inizjali (V 1 ) = 20 litru = 20 dm 3 = 20 x 10 -3 m 3
Volum finali (V 2 ) = 60 litru = 60 dm 3 = 60 x 10 -3 m 3
Meħtieġ: Il-proporzjon tax-xogħol magħmul mill-gass
Soluzzjoni:
Ix-xogħol li jsir mill-gass fil-proċess I:
W = P ΔV = P (V2 –V1 ) = (20)(40-10)(10-3 m3 ) = (20)(30)( 10-3 m3 ) = (600)( 10-3 m3 ) = 0.6 m3
Ix-xogħol li jsir mill-gass fil-proċess II:
W = P ΔV = P (V2 –V1 ) = (15)(60-20)(10-3 m3 ) = (15)(40)( 10-3 m3 ) = (600)( 10-3 m3 ) = 0.6 m3
Il-proporzjon tax-xogħol magħmul mill-gass fil-proċess I u l-proċess II:
0.6 m³ : 0.6 m³
1: 1
2.
Ibbażat fuq il-graff t'hawn taħt, x'inhu x-xogħol li jsir mill-gass tal-elju fil-proċess AB?
Magħruf:
Pressjoni (P) = 2 x 10⁵ N /m² = 2 x 10⁵ Pascals
Volum inizjali (V 1 ) = 5 ċm 3 = 5 x 10 -6 m 3
Volum finali (V2 ) = 15 ċm3 = 15 x 10-6 m3
Meħtieġ: Xogħol magħmul mill-gass fil-proċess AB
Soluzzjoni:
W = ∆P ∆V
W = P ( V2 – V1 )
W = (2 x 10⁵ ) (15 x 10⁻⁶ – 5 x 10⁻⁶ )
W = (2 x 10⁵ ) (10 x 10⁻⁶ ) = (2 x 10⁵ )(1 x 10⁻⁵ )
W = 2 Joule
3.
Ibbażat fuq il-graff t'hawn taħt, x'inhu x-xogħol li sar fil-proċess AB?
Magħruf:
Pressjoni inizjali (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
Pressjoni finali (P2 ) = 6 Pa = 6 N/ m2
Volum inizjali (V1 ) = 2 m3
Volum finali (V2 ) = 4 m3
Meħtieġ: xogħol lest, nipproċessa ab
Soluzzjoni:
Xogħol magħmul mill-gass = erja taħt il-kurva ab
W = erja tat-trijangolu + erja tar-rettangolu
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
4. Abbażi tal-graff t'hawn taħt, x'inhu x-xogħol li sar fil-proċess ABCA.
Soluzzjoni:
Xogħol (W) = Żona tat-trijangolu ABC
W = ½ (20-10)(6 x 10⁻⁵ – 2 x 10⁻⁵ )
W = ½ (10)(4 x 105 )
W = (5)(4 x 105 )
W = 20 x 105
W = 2 x 10⁶ Joule
5. Magna tassorbi 2000 Joules ta' sħana f'temperatura għolja u teħles 1200 Joules ta' sħana f'temperatura baxxa. X'inhi l-effiċjenza tal-magna?
Magħruf:
Dħul tas-sħana (Q H ) = 2000 Joules
Produzzjoni tas-sħana (Q L ) = 1200 Joules
Xogħol magħmul mill-magna (W) = 2000 – 1200 = 800 Joules
Meħtieġa: effiċjenza (e)
Soluzzjoni:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40%
6. Magna tassorbi s-sħana f'960 Kelvin u l-magna tarmi s-sħana f'576 Kelvin. X'inhi l-effiċjenza tal-magna.
Magħruf:
Temperatura għolja (T H ) = 960 K
Temperatura baxxa (T L ) = 576 K
Meħtieġa: effiċjenza (e)
Soluzzjoni:
Effiċjenza tal-magna Carnot = 0.4 x 100% = 40%
7. Abbażi tal-graff t'hawn taħt, ix-xogħol li jsir mill-magna huwa ta' 6000 Joules. X'inhi s-sħana li l-magna toħroġ f'kull ċirku?
Magħruf:
Xogħol (W) = 6000 Joule
Temperatura għolja (T H ) = 800 Kelvin
Temperatura baxxa (T L ) = 300 Kelvin
Meħtieġa: sħana skarikata mill-magna
Soluzzjoni :
Effiċjenza (ideali) ta' Carnot:
Sħana assorbita mill-magna Carnot:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q1
Q1 = 6000 / 0.625
Q1 = 9600
Sħana skarikata mill-magna Carnot:
Q2 = Q1 – W
Q2 = 9600 – 6000
Q2 = 3600 Joule
8. L-effiċjenza ta' magna Carnot hija ta' 40%. Jekk is-sħana tiġi assorbita f'727°C allura x'inhi t-temperatura baxxa.
Magħruf:
Effiċjenza (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Temperatura għolja (T H ) = 727 ° C + 273 °C = 1000 K
Meħtieġa: Temperatura baxxa
Soluzzjoni:
T L = 600 Kelvin – 273 = 327 ° C
9. Abbażi tal-graff t'hawn taħt, jekk il-magna tassorbi 800 J ta' sħana, x'inhu x-xogħol li tagħmel il-magna.
Magħruf:
Temperatura għolja (T H ) = 600 Kelvin
Temperatura baxxa (T L ) = 250 Kelvin
Dħul tas-sħana (Q1 ) = 800 Joule
Meħtieġ: Xogħol (W)
Soluzzjoni:
L-effiċjenza tal-magna Carnot:
Ix-xogħol sar mill-magna:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joules)
W = 466.7 Joule
10. It-temperatura għolja ta' magna Carnot hija 600 K. Jekk il-magna tassorbi 600 J ta' sħana u t-temperatura baxxa hija 400 K, x'inhu x-xogħol li tagħmel il-magna.
Magħruf:
Temperatura baxxa (T L ) = 400 K
Temperatura għolja (T H ) = 600 K
Dħul tas-sħana (Q1 ) = 600 Joule
Meħtieġ: Xogħol sar bil-magna Carnot (W)
Soluzzjoni:
L-effiċjenza tal-magna Carnot:
Ix-xogħol sar bil-magna Carnot:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Joule
- X'inhu l-fokus primarju tat-termodinamika? TweġibaIt-termodinamika tiffoka fuq l-istudju tal-enerġija, it-trasformazzjonijiet tagħha, u r-relazzjoni tagħha mal-materja, speċjalment f'sistemi f'ekwilibriju.
- Kif inhi relatata l-liġi żero tat-termodinamika mat-temperatura? TweġibaIl-liġi żero tgħid li jekk żewġ sistemi jkunu f'ekwilibriju termali ma' sistema oħra, allura jkunu f'ekwilibriju termali ma' xulxin. Dan jimplika l-eżistenza ta' proprjetà msejħa temperatura, li hija l-istess għas-sistemi kollha f'ekwilibriju termali.
- X'tiddeskrivi l-ewwel liġi tat-termodinamika? TweġibaL-ewwel liġi, magħrufa wkoll bħala l-liġi tal-konservazzjoni tal-enerġija, tgħid li l-enerġija ma tistax tinħoloq jew tinqered, iżda tiġi konvertita biss minn forma għal oħra. F'sistema magħluqa, il-bidla fl-enerġija interna hija ugwali għas-sħana miżjuda mas-sistema nieqes ix-xogħol magħmul mis-sistema fuq l-inħawi ta' madwarha.
- Għaliex it-tieni liġi tat-termodinamika hija kruċjali biex nifhmu d-direzzjoni tal-proċessi naturali? TweġibaIt-tieni liġi tgħid li l-entropija (jew id-diżordni) ta' sistema iżolata dejjem tiżdied jew tibqa' kostanti. Dan jiddetta li l-enerġija tinfirex spontanjament jekk ma tkunx imfixkla milli tagħmel dan, u b'hekk tipprovdi direzzjoni lill-proċessi naturali u essenzjalment tispjega għaliex ċerti proċessi jseħħu spontanjament filwaqt li oħrajn le.
- X'inhi l-entropija, u kif tirrelata mad-diżordni f'sistema? TweġibaL-entropija hija kejl tal-ammont ta' enerġija f'sistema li mhix disponibbli biex tagħmel xogħol. Spiss tiġi deskritta wkoll bħala kejl tad-diżordni jew l-aleatorjuità tas-sistema. B'mod ġenerali, entropija ogħla tikkorrispondi għal diżordni jew aleatorjuità akbar.
- Kif tiddeskrivi t-tielet liġi tat-termodinamika l-entropija ta' kristall perfett f'żero assolut? TweġibaIt-tielet liġi tgħid li l-entropija ta' kristall perfett hija eżattament żero f'temperatura żero assoluta (0 Kelvin). Dan ifisser li f'din it-temperatura, is-sistema hija perfettament ordnata.
- Għaliex is-sħana ma tistax tgħaddi waħedha minn korp iktar kiesaħ għal korp iktar sħun? TweġibaDan l-imġiba hija konsegwenza tat-tieni liġi tat-termodinamika. Kieku s-sħana kellha tiċċirkola minn korp iktar kiesaħ għal wieħed iktar sħun b'mod spontanju, dan iwassal għal tnaqqis fl-entropija ġenerali tas-sistema, li mhijiex iffavorita minn proċessi naturali.
- X'inhi d-differenza bejn sistema iżolata, magħluqa u miftuħa fit-termodinamika? TweġibaSistema iżolata ma tiskambjax enerġija jew materja mal-inħawi ta' madwarha. Sistema magħluqa tista' tiskambja l-enerġija iżda ma għandhiex materja mal-inħawi ta' madwarha. Sistema miftuħa tista' tiskambja kemm enerġija kif ukoll materja mal-inħawi ta' madwarha.
- Kif inhi differenti l-kunċett ta' "xogħol" fit-termodinamika mill-użu ta' kuljum tat-terminu? TweġibaFit-termodinamika, “xogħol” jirreferi għall-proċess ta’ trasferiment tal-enerġija fejn forzi applikati fuq oġġett iċċaqalquh f’direzzjoni parallela mal-forza. Pereżempju, meta gass jespandi kontra pistun, jagħmel xogħol fuq il-pistun. Din hija definizzjoni aktar speċifika meta mqabbla mal-użu ta’ kuljum ta’ “xogħol”, li jista’ sempliċement ifisser kwalunkwe kompitu jew attività.
-
X'inhu ċiklu ta' Carnot, u għaliex huwa sinifikanti fit-termodinamika? Tweġiba : Iċ-ċiklu ta' Carnot huwa ċiklu termodinamiku idealizzat li jipprovdi limitu massimu fuq l-effiċjenza li kwalunkwe magna termodinamika klassika tista' tikseb matul il-konverżjoni tas-sħana f'xogħol (jew viċi versa). Huwa sinifikanti għaliex jistabbilixxi limitu fundamentali tal-effiċjenza bbażat fuq it-temperaturi tar-riżervi tas-sħana li bejniethom topera magna.
