5 voorbeelden van het toepassen van de eerste wet van de thermodynamica op isotherme processen (constante temperatuur)
1. De onderstaande grafiek toont een ideaal gas dat een proces ondergaat. isotherm proces (aanpak). De arbeid verricht door het gas in proces AB is…
Discussie
Verrichte arbeid = oppervlakte onder de curve AB = oppervlakte van de driehoek + oppervlakte van de rechthoek
W = [½ (8 x 105–4 x 105)(3-1)] + [4 x 105 (3-1)]
W = [½ (4 x 105)(2)] + [4 x 105 (2)]
W = [4 x 105] + [8 x 105]
W = 12 x 105 Joule
De arbeid verricht door het gas in het AB-proces = 12 x 105 Joule
2. De arbeid verricht door een ideaal gas in proces ABC is…
Discussie
Het is bekend :
Druk 1 (P1) = 10 x 105 N / m2
Druk 1 (P1) = 5 x 105 N / m2
Deel 1 (V1) = 10 liter = 10 dm3 = 10 x 10-3 m3
Deel 2 (V2) = 30 liter = 30 dm3 = 30 x 10-3 m3
gevraagd : Arbeid verricht door gas in proces ABC
Antwoorden :
In proces BC blijft het volume constant, dus verricht het gas geen arbeid. Het gas verricht alleen arbeid in proces AB omdat er een volumeverandering optreedt. Daarom is de arbeid verricht door het gas in proces ABC gelijk aan de arbeid verricht door het gas in proces AB.
Arbeid verricht door het gas = oppervlakte onder de curve AB = oppervlakte van de driehoek + oppervlakte van de rechthoek.
W = [½(10×105-5 × 105)(30-10)]+[5×105(30-10)]
W = [½ (5 x 105)(20)] + [5 x 105 (20)]
W = [(5 x 105)(10)] + [100 x 105]
W = [50 x 105]+ [100 x 105]
W = 150 x 105 Joule
W = 1,5 x 107 Joule
3. Een gas ondergaat een isotherm proces. De hoeveelheid warmte die het gas moet absorberen om 5000 joule aan arbeid te verrichten is…
Discussie
Het is bekend :
Arbeid (W) = 5000 Joule
gevraagd : Opgenomen warmte (Q)
Antwoorden :
Het in deze vraag bedoelde isotherme proces is een thermodynamisch proces waarbij de temperatuur constant blijft. De relatie tussen temperatuur (T) en de verandering in interne energie van een gas wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking:
Als de temperatuur constant is, is de temperatuurverandering nul. Omdat de temperatuurverandering nul is, is de verandering in interne energie ook nul. Door de eerste wet van de thermodynamica toe te passen, verkrijgen we de volgende resultaten.
Eerste wet van de thermodynamica :
Als de verandering in interne energie (U) nul is, dan is de door het gas geabsorbeerde warmte (Q) gelijk aan de door het gas verrichte arbeid (W). Wanneer het gas warmte absorbeert, krijgt het extra energie en deze extra energie wordt door het gas gebruikt om arbeid te verrichten.
De warmte die door het gas wordt geabsorbeerd is gelijk aan de arbeid die door het gas wordt verricht = 5000 Joule.
4. De grafiek van de druk (P) tegen het volume (V) van een gas dat een isotherm proces ondergaat, is weergegeven in de onderstaande figuur. De hoeveelheid warmte die door het gas wordt geabsorbeerd tijdens proces AB is…
Discussie
Het is bekend :
Druk 1 (P1) = 5 atm = 5 x 105 Pa
Druk 2 (P2) = 10 atm = 10 x 105 Pa
Deel 1 (V1) = 2 meter3
Deel 2 (V2) = 6 meter3
gevraagd Warmte (Q) geabsorbeerd door gas in proces AB
Antwoorden :
Isotherm = constante temperatuur. Als de temperatuur constant blijft, is de temperatuurverandering nul. Als de temperatuurverandering nul is, is de verandering in interne energie ook nul. De relatie tussen temperatuurverandering en verandering in interne energie in een gas wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking:
Indien toegepast op de eerste wet van de thermodynamica, worden de volgende resultaten verkregen:
Als de temperatuurverandering nul is, dan is de door het gas geabsorbeerde warmte gelijk aan de door het gas verrichte arbeid. Om de door het gas geabsorbeerde warmte in proces AB te vinden, berekenen we de door het gas verrichte arbeid op basis van de bovenstaande grafiek.
Arbeid verricht door het gas = oppervlakte onder de curve AB = oppervlakte van de driehoek + oppervlakte van de rechthoek.
W = ½ (P2 - P1)(V2 - V1) + P1(V2 - V1)
W = ½ (10 x 105 - 5 x 105)(6-2) + (5 x 105)(6-2)
W = ½ (5 x 105)(4) + (5 x 105) (4)
W = ½ (20 x 105) + (20x 105)
W = (10 x 105) + (20x 105)
W = 30 x 105 Joule
W = 30 atm
Warmte (Q) geabsorbeerd door gas in proces AB = arbeid verricht door gas in proces AB = 30 x 105 Joule = 30 atmosferen.
5. In de thermodynamica ondergaat een ideaal gas een isotherm proces als...
A. Bij veranderingen in de gasfase blijft de temperatuur altijd constant.
B. Alle moleculen bewegen met verschillende snelheden.
C. Alle gasomstandigheden veranderen voortdurend van temperatuur.
Maffiabaas suhu hoe hoger de moleculaire snelheid
E. De gasdruk en het gasvolume veranderen niet.
Discussie
Isothermisch Isotherm betekent een constante temperatuur.
Het juiste antwoord is A.
