11 Eksempler på spørsmål om anvendelsen av termodynamikkens første lov på ulike termodynamiske prosesser (isobar, isoterm, isokor)
1. Grafen nedenfor viser den termodynamiske syklusen som en gass opplever. Arbeidet som gassen utfører i prosess ABCD er…
Diskusjon
Det er kjent :
Trykk 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Trykk 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Bind 1 (V1) = 1 meter3
Bind 2 (V2) = 3 meter3
Spurt Arbeidet som gassen utfører i ABCD-syklusprosessen
Jawab :
Arbeid utført av gassen = arealet av rektangelet ABCD.
W = (P2 - P1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3–1)
W = (2 x 105) (2)
B = 4 x 105 Joule
Arbeidet som gassen gjør i ABCD-syklusprosessen er 4 x 105 Joule.
2. Arbeidet som gassen gjør i ABC-syklusprosessen er…
Diskusjon
Det er kjent :
Trykk 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Trykk 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Bind 1 (V1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Bind 2 (V2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Spurt Arbeid utført av gass i ABC-syklusprosessen
Jawab :
Arbeid utført av gassen = arealet av trekant ABCD.
W = ½ (P2 - P1)(V2 - V1)
B = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
B = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
B = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (12 joule)
W = 6 joule
Arbeidet som gassen utfører i ABC-syklusprosessen er 6 joule.
3. En graf som viser trykk (P) versus volum (V) av en gass i et lukket rom. Den delen av grafen som viser at gassen utfører arbeid på miljøet er…
Diskusjon
Prosess AB og prosess DC er isobare prosesser. Prosess AD og prosess BC er isokoriske prosesser.
Gassen utfører arbeid på omgivelsene hvis gassen utvider seg slik at volumet av rommet som gassen opptar øker (DC-prosess). Omgivelsene utfører arbeid på gassen hvis gassen trekker seg sammen slik at volumet av rommet som gassen opptar reduseres (BC-prosess).
4. Alle ideelle gasser gjennomgår en isokorisk prosess, så...
A. alle molekyler har samme hastighet
B. ved høye temperaturer er gjennomsnittshastigheten til molekylene større
C. gasstrykket forblir konstant
D. gassen vil utføre arbeid
E. har ingen indre energi
Diskusjon
Isokorisk = konstant volum.
Det riktige svaret er B.
5. En mengde ideell gass komprimeres gjennom en termodynamisk prosess fra tilstand 1 til tilstand 2, som vist i følgende PV-graf. Arbeidet som gassen utfører er…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 52 800 J
Ø. 90 J
Diskusjon
1 liter = 0,001 m³
Det er kjent at :
Trykk² (P² ) = 10 kPa = 20 000 Pa = 20 000 N/ m²
Trykk² (P² ) = 20 kPa = 20 000 Pa = 20 000 N/ m²
Volum 1 (V1 ) = 4 liter = 4 (0,001 m³ ) = 0,004 m³
Volum 2 (V2 ) = 10 liter = 10 (0,001 m3 ) = 0,010 m3
Ønsket : Arbeid (W) utført av gassen
Jawab:
W = P(V2 – V1 ) + 1/2( P2 – P1 )( V2 – V1 )
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 = 10 000 (6) + 1/2 (10 000) (6)
B = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 joule
Det riktige svaret er E.
6. Se på PV-diagrammet på siden!
Arbeidet som produseres i den termodynamiske prosessen i én syklus er…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 19 800 kJ
E. 600 kJ
Diskusjon
Det er kjent at :
Trykk² (P² ) = 1 x 10⁻⁶ Pa = 1 x 10⁻⁶ N / m²
Trykk² (P² ) = 3 x 10⁻⁶ Pa = 3 x 10⁻⁶ N / m²
Volum 1 (V² ) = 2 m³
Volum 2 (V² ) = 4 m³
Spurt : Generert arbeid (W).
Svar :
Arbeidet som er utført = arealet av firkanten abcd.
W = (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = (3 x 10⁻⁴ – 1 x 10⁻⁴ ) (4 – 2)
W = (2 x 105 ) (2)
W = 4 x 10⁶ Joule
W = 400.000 joule
W = 400 kilojoule
Det riktige svaret er D.
7. En ideell gass gjennomgår en prosess som vist i PV-diagrammet til høyre. Arbeidet som utføres i denne prosessen er…
A. 35 J
B. 24 J
C. 14 400 J
D. 52 800 J
Ø. 6 J
Diskusjon
Det er kjent at :
Trykk² (P² ) = 1 N/ m²
Trykk² (P² ) = 7 N/ m²
Volum 1 (V² ) = 1 m³
Volum 2 (V² ) = 5 m³
Spurt: Arbeid (W) utført.
Jawab:
Utført arbeid = arealet av trekant ABC.
W = ½ (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
V = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
B = ½ ( 6 )( 4 )
B = ½ (24)
W = 12 joule
Det riktige svaret er D.
8. 0,02 mol av en monoatomisk gass ved 350 K er i en lukket beholder. Hvor mye varme kreves for å øke temperaturen på gassen til 400 K? Den universelle gasskonstanten, R = 8,31 J mol-1 K-1.
A. 158 400 joule
B. 950 400 joule
C. 5 860 800 joule
D. 9 504 000 joule
E. 17 Joule
Diskusjon:
Det er kjent :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Spurt :
Varme (Q)?
Jawab :
I en isokorisk prosess (konstant volum) er Q = delta U
Beskrivelse: Q = varme, delta U = endring i indre energi, U = indre energi
9. To mol monoatomisk gass ved en temperatur på 20 oC og trykk 2 × 105 Pa gjennomgår en isokorisk prosess inntil trykket blir 4 × 105 Pa. Hvis den universelle gasskonstanten = 8,31 J/mol K, er endringen i gassens indre energi…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 14 400 J
D. 52 800 J
Ø. 1208 J
Diskusjon:
Det er kjent :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 tusen
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Spurt :
Endring i indre energi (delta U)?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Grev T2 bruk først formelen til Gay-Lussacs lov (konstant volum)
10. Den delen av trykk-(P)-volum-(V)-grafen som viser at gassen som mottar eksternt arbeid er...
A. AB
B. CD
C. f.Kr.
D. DA
E. AC
Diskusjon :
Hvis det utføres arbeid på gassen, øker volumet. Omvendt, hvis det utføres arbeid på gassen fra en ekstern kilde, reduseres volumet. Prosessen vist i grafen ovenfor som viser reduksjonen i gassvolum er prosess CD.
Så det riktige svaret er B.
11. Grafene nedenfor viser forholdet mellom trykk (P) og volum (V) av gass som gjennomgår en prosess.
Prosessen som gir størst innsats vises i graf nummer …
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Diskusjon :
Arbeidet som er utført = arealet. Jo større areal, desto større arbeid som er utført. Det største arealet er vist i graf 3.
Det riktige svaret er C.
