थर्मोडायनामिक्स - समस्या र समाधानहरू
१. तल दिइएको ग्राफ PV को आधारमा, प्रक्रिया I मा ग्यासले गरेको काम र प्रक्रिया II मा ग्यासले गरेको कामको अनुपात कति छ?
ज्ञात:
प्रक्रिया १:
चाप (P) = २० N/m २
सुरुवाती आयतन (V १ ) = १० लिटर = १० dm ३ = १० x १० -३ m ३
अन्तिम आयतन (V 2 ) = 40 लिटर = 40 dm 3 = 40 x 10 -3 m 3
प्रक्रिया १:
प्रक्रिया (P) = १५ N/m २
सुरुवाती आयतन (V १ ) = १० लिटर = १० dm ३ = १० x १० -३ m ३
अन्तिम आयतन (V 2 ) = 60 लिटर = 60 dm 3 = 60 x 10 -3 m 3
चाहिएको: ग्यासले गर्ने कामको अनुपात
समाधान:
प्रक्रियामा ग्यासले गर्ने काम 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
प्रक्रिया II मा ग्यासले गर्ने काम:
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
प्रक्रिया I र प्रक्रिया II मा ग्यासले गर्ने कामको अनुपात:
०.६ मिटर ३ : ०.६ मिटर ३
1: 1
2.
तलको ग्राफको आधारमा, AB प्रक्रियामा हेलियम ग्यासले के काम गर्छ?
ज्ञात:
चाप (P) = २ x १० ५ N/m २ = २ x १० ५ पास्कल
सुरुवाती आयतन (V 1 ) = ५ सेमी ३ = ५ x १० -६ मिटर ३
अन्तिम आयतन (V 2 ) = १५ सेमी ३ = १५ x १० -६ मिटर ३
चाहिएको: प्रक्रिया AB मा ग्यास द्वारा गरिएको काम
समाधान:
W = ∆P ∆V
W = P (V २ – V १ )
W = (२ x १० ५ )(१५ x १० -६ – ५ x १० -६ )
W = (२ x १० ५ )(१० x १० -६ ) = (२ x १० ५ )(१ x १० -५ )
W = ६ जुल
3.
तलको ग्राफको आधारमा, प्रक्रिया AB मा के काम गरिन्छ?
ज्ञात:
प्रारम्भिक चाप (P 1 ) = 4 Pa = 4 N/m 2
अन्तिम चाप (P 2 ) = 6 Pa = 6 N/m 2
सुरुवाती आयतन (V 1 ) = 2 m 3
अन्तिम आयतन (V 2 ) = 4 m 3
चाहियो: काम सकियो म ab प्रशोधन गर्छु
समाधान:
ग्यासले गरेको काम = वक्र ab मुनिको क्षेत्रफल
W = त्रिकोणको क्षेत्रफल + आयतको क्षेत्रफल
W = ½ (६-४)(४-२) + ४(४-२)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = ६० + ३०
W = ६ जुल
४. तलको ग्राफको आधारमा, ABCA प्रक्रियामा गरिएको काम के हो?
समाधान:
कार्य (W) = त्रिकोण ABC को क्षेत्रफल
W = ½ (२०-१०)(६ x १० ५ – २ x १० ५ )
W = ½ (१०)(४ x १० ५ )
W = (५)(४ x १० ५ )
प = २० x १० ५
W = ३० x १० ५ जुल
५. एउटा इन्जिनले उच्च तापक्रममा २००० जुल ताप सोस्छ र कम तापक्रममा १२०० जुल ताप निष्कासन गर्छ। इन्जिनको दक्षता कति छ?
ज्ञात:
ताप इनपुट (Q H ) = १००० जुल
ताप उत्पादन (Q L ) = १२०० जुल
इन्जिनले गरेको काम (W) = २००० – १२०० = ८०० जुल
चाहिएको: दक्षता (ङ)
समाधान:
e = W / Q H
ङ = १/३
e = ०.४ x १००%
e = ४०%
६. एउटा इन्जिनले ९६० केल्भिनमा ताप सोस्छ र इन्जिनले ५७६ केल्भिनमा ताप छोड्छ। इन्जिनको दक्षता कति छ?
ज्ञात:
उच्च तापक्रम (T H ) = ८०० K
न्यूनतम तापक्रम (T L ) = ३०० K
चाहिएको: दक्षता (ङ)
समाधान:
कार्नोट इन्जिनको दक्षता = ०.४ x १००% = ४०%
७. तलको ग्राफको आधारमा, इन्जिनले गरेको काम ६००० जुल हुन्छ। इन्जिनले प्रत्येक सर्कलमा कति ताप छोड्छ?
ज्ञात:
कार्य (W) = २१ जुल
उच्च तापक्रम (T H ) = ६०० केल्भिन
न्यूनतम तापक्रम (TL ) = २५० केल्भिन
चाहिएको: इन्जिनले छोडेको ताप
समाधान :
कार्नोट (आदर्श) दक्षता:
कार्नोट इन्जिनद्वारा अवशोषित ताप:
W = e Q १
६००० = (०.६२५) पहिलो प्रश्न
प्रश्न १ = ६००० / ०.६२५
प्रश्न १ = ९६००
कार्नोट इन्जिनद्वारा निष्कासन गरिएको ताप:
प्रश्न २ = प्रश्न १ – प
प्रश्न २ = ९६०० – ६०००
Q २ = ३६०० जुल
८. कार्नोट इन्जिनको दक्षता ४०% हुन्छ। यदि ७२७°C मा ताप सोसिन्छ भने न्यूनतम तापक्रम कति हुन्छ?
ज्ञात:
दक्षता (ङ) = ४०% = ४०/१०० = ०.४
उच्च तापक्रम (TH H ) = ५२७ डिग्री सेल्सियस + २७३ = ८०० किलोवाट
चाहिएको: कम तापक्रम
समाधान:
T L = ६०० केल्भिन – २७३ = ३२७ डिग्री सेल्सियस
९. तलको ग्राफको आधारमा, यदि इन्जिनले ८०० J ताप सोस्छ भने, इन्जिनले कति काम गर्छ?
ज्ञात:
उच्च तापक्रम (T H ) = ६०० केल्भिन
न्यूनतम तापक्रम (TL ) = २५० केल्भिन
ताप इनपुट (Q 1 ) = 800 जुल
चाहिएको: काम (W)
समाधान:
कार्नोट इन्जिनको दक्षता:
काम इन्जिनद्वारा गरिएको थियो:
W = e Q १
W = (७/१२)(८०० जुल)
W = ६ जुल
१०. कार्नोट इन्जिनको उच्चतम तापक्रम ६०० किलोवाट हुन्छ। यदि इन्जिनले ६०० किलोवाट तापक्रम सोस्छ र न्यूनतम तापक्रम ४०० किलोवाट हुन्छ भने, इन्जिनले गर्ने काम कति हुन्छ?
ज्ञात:
न्यूनतम तापक्रम (T L ) = ३०० K
उच्च तापक्रम (T H ) = ८०० K
ताप इनपुट (Q 1 ) = 600 जुल
चाहिएको: काम कार्नोट इन्जिन (W) द्वारा गरिएको थियो।
समाधान:
कार्नोट इन्जिनको दक्षता:
काम कार्नोट इन्जिनद्वारा गरिएको थियो:
W = e Q १
W = (१/३)(६००) = २०० जुल
- थर्मोडायनामिक्सको प्राथमिक फोकस के हो? उत्तर: थर्मोडायनामिक्सले ऊर्जाको अध्ययन, यसको रूपान्तरण, र पदार्थसँगको यसको सम्बन्धमा केन्द्रित छ, विशेष गरी सन्तुलनमा रहेका प्रणालीहरूमा।
- तापक्रम विज्ञानको शून्य नियम तापक्रमसँग कसरी सम्बन्धित छ? उत्तर: शून्य नियमले बताउँछ कि यदि दुई प्रणालीहरू तेस्रो प्रणालीसँग तापीय सन्तुलनमा छन् भने, तिनीहरू एकअर्कासँग तापीय सन्तुलनमा छन्। यसले तापक्रम भनिने गुणको अस्तित्वलाई जनाउँछ, जुन तापीय सन्तुलनमा सबै प्रणालीहरूको लागि समान छ।
- तापगतिको पहिलो नियमले के वर्णन गर्छ? उत्तर: पहिलो नियम, जसलाई ऊर्जा संरक्षणको नियम पनि भनिन्छ, ले ऊर्जा सिर्जना वा नष्ट गर्न सकिँदैन, केवल एक रूपबाट अर्को रूपान्तरण गर्न सकिन्छ भनेर बताउँछ। बन्द प्रणालीमा, आन्तरिक ऊर्जामा हुने परिवर्तन प्रणालीमा थपिएको ताप बराबर हुन्छ र प्रणालीले यसको वरपरको वातावरणमा गरेको काम घटाउँछ।
- प्राकृतिक प्रक्रियाहरूको दिशा बुझ्नको लागि तापगतिको दोस्रो नियम किन महत्त्वपूर्ण छ? उत्तर: दोस्रो नियमले बताउँछ कि पृथक प्रणालीको एन्ट्रोपी (वा विकार) सधैं बढ्छ वा स्थिर रहन्छ। यसले ऊर्जालाई त्यसो गर्नबाट रोकिएन भने स्वतःस्फूर्त रूपमा फैलिन्छ भन्ने निर्देशित गर्दछ, प्राकृतिक प्रक्रियाहरूलाई दिशा प्रदान गर्दछ र अनिवार्य रूपमा व्याख्या गर्दछ कि किन केही प्रक्रियाहरू स्वतःस्फूर्त रूपमा हुन्छन् जबकि अरूहरू गर्दैनन्।
- एन्ट्रोपी भनेको के हो, र यो प्रणालीमा हुने विकारसँग कसरी सम्बन्धित छ? उत्तर: एन्ट्रोपी भनेको कुनै प्रणालीमा काम गर्न उपलब्ध नभएको ऊर्जाको मात्राको मापन हो। यसलाई प्रायः प्रणालीको विकार वा अनियमितताको मापनको रूपमा पनि वर्णन गरिन्छ। सामान्यतया, उच्च एन्ट्रोपीले ठूलो विकार वा अनियमिततासँग मेल खान्छ।
- थर्मोडायनामिक्सको तेस्रो नियमले निरपेक्ष शून्यमा रहेको उत्तम क्रिस्टलको एन्ट्रोपीलाई कसरी वर्णन गर्छ? उत्तर: तेस्रो नियमले बताउँछ कि पूर्ण क्रिस्टलको एन्ट्रोपी निरपेक्ष शून्य तापक्रम (० केल्भिन) मा ठ्याक्कै शून्य हुन्छ। यसको अर्थ यो तापक्रममा, प्रणाली पूर्ण रूपमा व्यवस्थित हुन्छ।
- किन चिसो पिण्डबाट तातो पिण्डमा आफै ताप प्रवाह हुन सक्दैन? उत्तर: यो व्यवहार तापगतिको दोस्रो नियमको परिणाम हो। यदि ताप चिसो पिण्डबाट तातो पिण्डमा स्वतःस्फूर्त रूपमा प्रवाहित भयो भने, यसले प्रणालीको समग्र एन्ट्रोपीमा कमी ल्याउनेछ, जुन प्राकृतिक प्रक्रियाहरूले मन पराउँदैन।
- थर्मोडायनामिक्समा पृथक, बन्द र खुला प्रणाली बीच के भिन्नता छ? उत्तर: पृथक प्रणालीले आफ्नो वरपरको वातावरणसँग ऊर्जा वा पदार्थ आदानप्रदान गर्दैन। बन्द प्रणालीले ऊर्जा आदानप्रदान गर्न सक्छ तर यसको वरपरको वातावरणसँग यसले कुनै फरक पार्दैन। खुला प्रणालीले आफ्नो वरपरको वातावरणसँग ऊर्जा र पदार्थ दुवै आदानप्रदान गर्न सक्छ।
- तापगति विज्ञानमा "काम" को अवधारणा दैनिक प्रयोगमा आउने शब्दभन्दा कसरी फरक छ? उत्तर: थर्मोडायनामिक्समा, "काम" ले ऊर्जा स्थानान्तरणको प्रक्रियालाई बुझाउँछ जहाँ कुनै वस्तुमा लागू गरिएका बलहरूले यसलाई बलको समानान्तर दिशामा सार्छन्। उदाहरणका लागि, जब ग्यास पिस्टन विरुद्ध फैलिन्छ, यसले पिस्टनमा काम गर्छ। यो "काम" को दैनिक प्रयोगको तुलनामा बढी विशिष्ट परिभाषा हो, जसको अर्थ कुनै पनि कार्य वा गतिविधि हुन सक्छ।
-
कार्नोट चक्र भनेको के हो र यो थर्मोडायनामिक्समा किन महत्त्वपूर्ण छ? उत्तर : कार्नोट चक्र एक आदर्श थर्मोडायनामिक चक्र हो जसले तापलाई काममा रूपान्तरण गर्दा (वा यसको विपरीत) कुनै पनि शास्त्रीय थर्मोडायनामिक इन्जिनले प्राप्त गर्न सक्ने दक्षताको माथिल्लो सीमा प्रदान गर्दछ। यो महत्त्वपूर्ण छ किनभने यसले इन्जिन सञ्चालन हुने ताप भण्डारहरूको तापक्रममा आधारित आधारभूत दक्षता सीमा सेट गर्दछ।
