Przykładowe pytania z termodynamiki

20 przykładów pytań z termodynamiki

Proces termodynamiczny

1. W termodynamice gaz doskonały ulega procesowi izotermicznemu, jeżeli...

A. zmienia się stan skupienia gazu, temperatura zawsze pozostaje stała

B. wszystkie cząsteczki poruszają się z różną prędkością

C. Wszystkie warunki gazowe zawsze zmieniają temperaturę

D. w wysokich temperaturach prędkość cząsteczek jest większa

E. ciśnienie i objętość gazu nie ulegają zmianie

Pembahasan

Izotermiczny oznacza stałą temperaturę.

Prawidłowa odpowiedź to A.

2. Wszystkie gazy doskonałe podlegają procesowi izochorycznemu, więc...

A. wszystkie cząsteczki mają tę samą prędkość

B. w wysokich temperaturach średnia prędkość cząsteczek jest większa

C. ciśnienie gazu pozostaje stałe

D. gaz wykona pracę

E. nie ma energii wewnętrznej

Pembahasan

Izochoryczny = stała objętość.

Prawidłowa odpowiedź to B.

3. Prawidłowe stwierdzenie dotyczące procesów termodynamicznych to…

A. Proces izobaryczny to proces zmiany gazu przy stałym ciśnieniu.

B. Proces izobaryczny to proces przemiany gazu przy stałej temperaturze.

C. Proces izochoryczny to proces zmiany gazu przy stałym ciśnieniu.

D. Izoterma to proces zmiany gazu przy stałej objętości.

E. Proces izochoryczny to proces przemiany gazu przy stałej temperaturze.

Pembahasan

Izobaryczny = stałe ciśnienie

Izochoryczny = stała objętość

Izotermiczny = stała temperatura

Prawidłowa odpowiedź to A.

Pierwsza zasada termodynamiki

4. Z poniższego wykresu PV wynika, że ​​ilość pracy gazowej w procesach I i II jest proporcjonalna do...

Odp. 4: 3

B.3 : 4

C.2 : 3

D.1 : 2

E.1 : 1

Pembahasan

Wiadomo, że:

Proces 1:

Ciśnienie (P) = 20 N/ ^m2

Objętość początkowa (V ₁ ) = 10 litrów = 10 dm ³ = 10 x 10 ^-3 m ³

Objętość końcowa (V ₂ ) = 40 litrów = 40 dm ³ = 40 x 10 ^-3 m ³

Proces 2:

Ciśnienie (P) = 15 N/ ^m2

Objętość początkowa (V ₁ ) = 20 litrów = 20 dm ³ = 20 x 10 ^-3 m ³

Objętość końcowa (V ₂ ) = 60 litrów = 60 dm ³ = 60 x 10 ^-3 m ³

Zapytano:

Jawab:

Praca gazowa w procesie 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

Praca gazu w procesie II:

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

Porównanie pracy gazu w procesach I i II:

0,6 m3 ^: 0,6 ^m3

1: 1

Prawidłowa odpowiedź to E.

5. Z wykresu P – V wynika, że ​​ilość pracy gazu w procesach I i II jest proporcjonalna do...

Odp. 4: 3

B.3 : 4

C.2 : 3

D.1 : 2

E.1 : 1

Pembahasan

Wiadomo, że:

Proces I:

Ciśnienie (P) = 20 Paskali

Objętość 1 (V ₁ ) = 10 litrów

Objętość 2 (V ₂ ) = 40 litrów

Proces II:

Ciśnienie (P) = 15 Paskali

Objętość 1 (V ₁ ) = 20 litrów

Objętość 2 (V ₂ ) = 60 litrów

Pytanie: Porównanie pracy gazu w procesach I i II

Jawab:

Proces termodynamiczny przedstawiony na powyższym wykresie jest procesem izobarycznym (stałe ciśnienie).

Praca wykonana przez gaz w procesie I:

W = P (V ₂ – V ₁ )

W = (20)(40 – 10)

W = (20)(30)

W = 600

Praca wykonana przez gaz w procesie II:

W = P (V ₂ – V ₁ )

W = (15)(60 – 20)

W = (15)(40)

W = 600

Porównanie pracy gazu w procesach I i II:

600: 600

1: 1

Prawidłowa odpowiedź to E.

6. Hel jest podgrzewany zgodnie z poniższym wykresem PV. Praca wykonana przez hel w procesie AB wynosi...

A. 15 dżuli

B. 10 dżuli

C. 8 dżuli

D. 4 dżuli

E. 2 dżuli

Pembahasan

Wiadomo, że :

Ciśnienie (P) = 2 x 10 ⁵ N/m2 ⁼ 2 x 10 ⁵ Pascala

Objętość początkowa (V ₁ ) = 5 cm ³ = 5 x 10 ^-6 m ³

Objętość końcowa (V2 ⁾ ₌ 15 cm3 ⁼ 15 x ^10-6 m3

Pytanie : Praca wykonana przez gaz w procesie AB

Odpowiedź :

W = ∆P ∆V

W = P (V ₂ – V ₁ )

W = (2 x 10 ⁵ )(15 x 10 ^-6 – 5 x 10 ^-6 )

W = (2 x 10 ⁵ )(10 x 10 ^-6 ) = (2 x 10 ⁵ )(1 x 10 ^-5 )

W = 2 dżuli

Prawidłowa odpowiedź to E.

7. Spójrz na obrazek! Gaz doskonały przechodzi proces zmiany ciśnienia (P) na objętość (V). Praca wykonana przez gaz w tym procesie wynosi…

A. 20 dżuli

B. 15 dżuli

C. 10 dżuli

D. 12 500 dżuli

E. 25 000 dżuli

Pembahasan

Wiadomo, że :

Ciśnienie początkowe (P ₁ ) = 4 Pa ​​= 4 N/m ²

Ciśnienie końcowe (P ₂ ) = 6 Pa = 6 N/m ²

Objętość początkowa (V ₁ ) = 2 ^m3

Objętość końcowa (V ₂ ) = 4 m ³

Poszukiwane : Praca wykonywana gazem (W)

Odpowiedź :

Praca wykonana przez gaz = pole pod krzywą ab.

W = pole trójkąta + pole prostokąta

W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

W = 2 + 8

W = 10 dżuli

Prawidłowa odpowiedź to E.

8. Gaz doskonały podlega procesowi zamkniętemu A → B → C → A. W cyklu gaz wykonuje pracę równą….

A. -X 2,0 10³ J

B. − 5,5 x 10 ³ J

C. − 8,0 x 10 ⁵ J

D. 2,0 x 10 ⁶ J

E. 4,0 x 10 ⁶ J

Pembahasan

Praca (W) = pole krzywej (pole trójkąta wewnątrz linii oznaczonej strzałką).

Szer. = ½ (20-10)(6 x 10 ⁵ – 2 x 10 ⁵ )

Sz = ½ (10)(4 x 10 ⁵ )

W = (5)(4 x 10 ⁵ )

W = 20 x 10 ⁵ = 2 x 10 ⁶ dżuli

Prawidłowa odpowiedź to D.

Silnik cieplny

9. Maszyna pochłania 2.000 dżuli ciepła ze zbiornika o wysokiej temperaturze i oddaje 1.200 dżuli do zbiornika o niskiej temperaturze. Sprawność maszyny wynosi ….

A. 80%

B. 75%

ok. 60%

D.50%

E. 40%

Pembahasan

Wiadomo, że:

Pochłonięte ciepło (Q _H ) = 2000 dżuli

Uwolnione ciepło (Q _L ) = 1200 dżuli

Praca wykonana przez maszynę (W) = 2000 – 1200 = 800 dżuli

Pytanie : Sprawność silnika cieplnego (e)

Odpowiedź :

Wzór na sprawność silnika cieplnego:

e = W / Q _H = 800/2000 = 0,4 x 100% = 40%

Prawidłowa odpowiedź to E.

Silnik Carnota

10. Sprawność silnika Carnota, którego cykl pochłania ciepło w temperaturze 960 K i oddaje ciepło w temperaturze 576 K, wynosi...

A. 40%

B. 50%

ok. 56%

D.60%

E. 80%

Pembahasan

Wiadomo, że :

Wysoka temperatura (TH ₎ = 960 K

Niska temperatura (TL ₎ = 576 K

Pytanie : Sprawność silnika Carnota (e)

Odpowiedź :

Sprawność silnika Carnota wynosi 0,4 x 100% = 40%.

Prawidłowa odpowiedź to A.

11. Na poniższym wykresie fotowoltaicznym silnika Carnota, W = 6.000 dżuli. Ilość ciepła uwalnianego przez silnik na cykl wynosi...

A. 2.250 dżuli

B. 3.000 dżuli

C. 3.750 dżuli

D. 6.000 dżuli

E. 9.600 dżuli

Pembahasan

Wiadomo, że:

Praca (W) = 6000 dżuli

Wysoka temperatura (TH ₎ = 800 kelwinów

Niska temperatura (T _L ) = 300 kelwinów

Zapytano: Q

Jawab:

Sprawność idealnego silnika cieplnego (silnika Carnota):

Ciepło pochłaniane przez silnik Carnota:

W = e Q ₁

6000 = (0,625) Pytanie ₁

Pytanie ₁ = 6000 / 0,625

Pytanie ₁ = 9600

Ciepło wydzielane przez silnik Carnota:

Q2 = _{Q1 –} W

Pytanie ₂ = 9600 – 6000

Q ₂ = 3600 dżuli

Nie ma dobrej odpowiedzi.

12. Silnik Carnota o sprawności 40% wykorzystuje gorący zbiornik o temperaturze 727°C. Określ temperaturę zimnego zbiornika!

A. 327°C

B. 357°C

400°C

D. 600°C

E. 627°C

Pembahasan

Wiadomo, że:

Sprawność (e) = 40% = 40/100 = 0,4

Wysoka temperatura (TH ₎ = 727 ^o C + 273 = 1000 K

Pytanie: Określ temperaturę zbiornika zimnego

Jawab:

Temperatura zbiornika wynosi 600–273 = 327 ^o C

Prawidłowa odpowiedź to A.

13. Wykres P-V silnika Carnota wygląda jak na poniższym rysunku! Jeśli silnik pochłonie 800 J ciepła, to wykonana praca wynosi…

A. 105,5 J

B. 252,6 J

C. 336,6 J

D.466,7 J

E. 636,7 J

Pembahasan

Wiadomo, że:

Wysoka temperatura (TH ₎ = 600 kelwinów

Niska temperatura (T _L ) = 250 kelwinów

Pochłonięte ciepło (Q ₁ ) = 800 dżuli

Zapytano: Wysiłek (W)

Jawab:

Sprawność idealnego silnika cieplnego (silnika Carnota):

Podjęte wysiłki obejmują:

W = e Q ₁

W = (7/12)(800 dżuli)

W = 466,7 dżuli

Prawidłowa odpowiedź to D.

14. Silnik Carnota pracuje w wysokiej temperaturze 600 K, aby wykonać pracę mechaniczną. Jeśli silnik pochłonie 600 J ciepła w niskiej temperaturze 400 K, to wykonana praca wyniesie…

A. 120 J

B. 124 J

C. 135 J

D.148 J

E. 200 J

Pembahasan

Wiadomo, że :

Niska temperatura (TL ₎ = 400 K

Wysoka temperatura (TH ₎ = 600 K

Pochłonięte ciepło (Q ₁ ) = 600 dżuli

Poszukiwane : Praca wykonana maszyną Carnota (W)

Odpowiedź :

Sprawność idealnego silnika cieplnego (silnika Carnota):

Praca wykonana przez silnik Carnota:

W = e Q ₁

W = (1/3)(600) = 200 dżuli

Prawidłowa odpowiedź to E.

Kinetyczna teoria gazów i termodynamika

15. W zbiorniku znajduje się gaz doskonały o objętości 4 litrów, temperaturze 27 ^° C i ciśnieniu 3 atm (1 atm = 105 ^Nm⁻² ) ^. Gaz ten poddaje się procesowi ogrzewania pod stałym ciśnieniem do temperatury 87 ^° C. Ciepło właściwe gazu wynosi 9 JK⁻² ^. Końcowa objętość gazu i zmiana energii wewnętrznej gazu wynoszą odpowiednio...

A. 4,2 litra, ΔU = 200 dżuli

B. 4,4 litra, ΔU = 240 dżuli

C. 4,6 litra, ΔU = 280 dżuli

D. 4,8 litra, ΔU = 300 dżuli

E. 4,8 litra, ΔU = 360 dżuli

Pembahasan

Proces izobaryczny (stałe ciśnienie)

Wiadomo, że:

Początkowa objętość gazu doskonałego (V ₁ ) = 4 litrów

Temperatura początkowa gazu doskonałego (T ₁ ) = 27 ^o C + 273 = 300 K

Temperatura końcowa gazu doskonałego (T ₂ ) = 87 ^o C + 273 = 360 K

Idealne ciśnienie gazu (P) = 3 atm = 3 x 10 ⁵ Nm ^-2

Ciepło właściwe gazu (C) = 9 JK ^-1

Pytanie: Końcowa objętość gazu (V ₂ ) i zmiana energii wewnętrznej gazu (ΔU)

Jawab:

Oblicz objętość końcową, korzystając ze wzoru prawa Charlesa (przebieg izobaryczny lub stałe ciśnienie):

Zmiana głośności:

1 litr = 0,001 ^m3

Objętość początkowa (V ₁ ) = 4 (0,001 m ³ ) = 0,004 m ³

Objętość końcowa (V ₂ ) = 4,8 (0,001 m ³ ) = 0,0048 m ³

Zmiana objętości ( ΔV) = V ₂ – V ₁ = 0,0048 m ³ – 0,004 m ³ = 0,008 m ³.

Zmiany temperatury:

Zmiana temperatury (ΔT) = T2 _– T1 ₌ 360 K – 300 K = 60 K

Oblicz zmianę energii wewnętrznej (ΔU) gazu doskonałego, korzystając ze wzoru na pierwszą zasadę termodynamiki:

ΔU = Q – W

Opis: ΔU = zmiana energii wewnętrznej, Q = ciepło, W = praca.

Oblicz pracę (W) przy stałym ciśnieniu:

W = P ΔV = (3 x 10 ⁵ )( 0,0008) = (3 x 10 ¹ )( 8) = (30)(8) = 240 dżuli

Oblicz ciepło (Q) korzystając ze wzoru na ciepło właściwe (C):

C = Q / ΔT

Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 dżuli

Oblicz zmianę energii wewnętrznej:

ΔU = Q – W = 540 dżuli – 240 dżuli = 300 dżuli.

Prawidłowa odpowiedź to D.

16. W zbiorniku znajduje się 6 litrów gazu doskonałego o ciśnieniu 2 atm (1 atm = 10 ⁵ Nm⁻² ) i temperaturze 27 ^{° C .} Gaz jest podgrzewany do temperatury 77 ^° C przy stałym ciśnieniu. Jeśli ciepło właściwe gazu wynosi 5 JK⁻¹ ^, końcowa objętość i zmiana energii wewnętrznej gazu wynoszą odpowiednio….

A. 8 litrów; ΔU = 250 dżuli

B. 8 litrów; ΔU = 200 dżuli

C. 7 litrów; ΔU = 100 dżuli

D. 7 litrów; ΔU = 50 dżuli

E. 7 litrów; ΔU = 20 dżuli

Pembahasan

Proces izobaryczny (stałe ciśnienie)

Wiadomo, że:

Początkowa objętość gazu doskonałego (V ₁ ) = 6 litrów

Temperatura początkowa gazu doskonałego (T ₁ ) = 27 ^o C + 273 = 300 K

Temperatura końcowa gazu doskonałego (T ₂ ) = 77 ^o C + 273 = 350 K

Idealne ciśnienie gazu (P) = 2 atm = 2 x 10 ⁵ Nm ^-2

Ciepło właściwe gazu (C) = 5 JK ^-1

Pytanie: Końcowa objętość gazu (V ₂ ) i zmiana energii wewnętrznej gazu (ΔU)

Jawab:

Oblicz objętość końcową, korzystając ze wzoru prawa Charlesa (przebieg izobaryczny lub stałe ciśnienie):

Zmiana głośności:

1 litr = 0,001 ^m3

Objętość początkowa (V ₁ ) = 6 (0,001 m ³ ) = 0,006 m ³

Objętość końcowa (V 2 ₎ = 7 (0,001 m ³ ) = 0,007 m ³

Zmiana objętości ( ΔV) = V ₂ – V ₁ = 0,007 m ³ – 0,006 m ³ = 0,001 m ³.

Zmiany temperatury:

Zmiana temperatury (ΔT) = T2 – T1 ₌ 350 _K – 300 K = 50 K

Oblicz zmianę energii wewnętrznej (ΔU) gazu doskonałego, korzystając ze wzoru na pierwszą zasadę termodynamiki:

ΔU = Q – W

Opis: ΔU = zmiana energii wewnętrznej, Q = ciepło, W = praca.

Oblicz pracę (W) przy stałym ciśnieniu:

W = P ΔV = (2 x 10 ⁵ )( 0,001) = (2 x 10 ² )(1 ) = (200)(1) = 200 dżuli

Oblicz ciepło (Q) korzystając ze wzoru na ciepło właściwe (C):

C = Q / ΔT

Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 dżuli

Oblicz zmianę energii wewnętrznej:

ΔU = Q – W = 250 dżuli – 200 dżuli = 50 dżuli.

Prawidłowa odpowiedź to D.

Proces termodynamiczny

17. Spójrz na wykres obok i na następujące stwierdzenia!

(1) Proces AB jest izobaryczny i W = P (V₂ - V₁)

(2) Proces BC jest adiabatyczny, a ΔU = Q

(3) Proces BC jest izochoryczny, a ΔU = Q

(4) Proces CA jest izotermiczny, a układ pochłania ciepło.

Prawidłowe stwierdzenie to…

A. (1) i (3)

B. (1) i (4)

C. (2) i (3)

D. (2) i (4)

E. (3) i (4)

Pembahasan

(1 ) Proces AB jest izobaryczny i W = P (V ₂ – V ₁ )

Izobaryczny = ciśnienie stałe. Stałe ciśnienie jest oznaczone linią prostą biegnącą wzdłuż P1 _od A do B. W tym procesie ciśnienie pozostaje stałe, ale następuje zmiana objętości, która wzrasta. Wraz ze wzrostem objętości układ wykonuje pracę nad otoczeniem, gdzie ilość pracy (W) jest iloczynem ciśnienia (P) i zmiany objętości (ΔU).

(3) Proces BC jest izochoryczny, a ΔU = Q

Izochoryczny = stała objętość. Stała objętość jest oznaczona linią prostą wzdłuż V₂ _od B do C. W tym procesie objętość pozostaje stała, ale następuje zmiana ciśnienia, gdy ciśnienie wzrasta. Objętość jest stała, więc praca nie jest wykonywana, gdzie W = 0. Wzór na pierwszą zasadę termodynamiki to ΔU = Q – W, ​​gdzie ΔU = zmiana energii wewnętrznej, Q = ciepło, a W = praca. Jeśli nie ma pracy, to W = 0, więc ΔU = Q.

Prawidłowa odpowiedź to A.

18. Przyjrzyj się poniższemu wykresowi cyklu termodynamicznego!

Z następującego oświadczenia:

(1) A – B = izochoryczny, praca zależy od zmian temperatury

(2) B – C = adiabatyczny, bez zmiany ciepła

(3) B – C = izobaryczny, praca zależy od zmian objętości

(4) C – A = proces zachodzi przy wysiłku pochodzącym spoza systemu

Prawda jest taka, że…

A. (1) i (2)

B. (1) i (3)

C. (2) i (3)

D. (2) i (4)

E. (3) i (4)

Pembahasan

(1) A – B = izochoryczny, praca zależy od zmian temperatury

Tak, ten proces jest izochoryczny (stała objętość). Jednak objętość pozostaje stała, więc praca nie jest wykonywana. Praca występuje, gdy następuje zmiana objętości. Zatem to stwierdzenie jest nieprawdziwe.

(3) B – C = izobaryczny, praca zależy od zmian objętości

Izobaryczny = ciśnienie stałe. Stałe ciśnienie jest oznaczone linią prostą od B do C. W tym procesie następuje zmiana objętości układu, która zwiększa jego objętość. Wzrost objętości układu oznacza, że ​​układ wykonuje pracę nad otoczeniem.

(4) C – A = proces zachodzi przy wysiłku pochodzącym spoza systemu

W tym procesie objętość systemu maleje, a ciśnienie w nim maleje. Zmniejszenie objętości systemu oznacza, że ​​środowisko nie wykonuje pracy na systemie. Innymi słowy, praca jest wykonywana zewnętrznie.

Prawidłowa odpowiedź to E.

Prawa termodynamiki

19. Spójrz na obrazek! Gaz doskonały przechodzi proces zmiany ciśnienia (P) na objętość (V). Praca wykonana przez gaz w tym procesie wynosi…
A. 20 dżuli
B. 15 dżuli
C. 10 dżuli
D. 12 500 dżuli
E. 25 000 dżuli
Pembahasan
Wiadomo, że :
Ciśnienie początkowe (P₁) = 4 Pa ​​= 4 N/m²
Ciśnienie końcowe (P₂) = 6 Pa ​​= 6 N/m²
Objętość początkowa (V₁) = 2 m³
Objętość końcowa (V₂) = 4 m³
Zapytano :Praca wykonana przez gaz (W)
Odpowiedź :
Praca wykonana przez gaz = pole pod krzywą ab.
W = pole trójkąta + pole prostokąta
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 dżuli
Prawidłowa odpowiedź to E.

20. Gaz doskonały podlega procesowi zamkniętemu A → B → C → A. W cyklu gaz wykonuje pracę równą….
A. −2,0 x 10³ J
B. −5,5 x 10³ J
C. −8,0 x 10⁵ J
D. 2,0 x 10⁶ J
E. 4,0 x 10⁶ J
Pembahasan
Praca (W) = pole krzywej (pole trójkąta wewnątrz linii oznaczonej strzałką).
Szer. = ½ (20-10)(6 x 10⁵ - 2 x 10⁵)
Szer. = ½ (10)(4 x 10⁵)
W = (5)(4 x 10⁵)
Szer. = 20 x 10⁵ = 2 x 10⁶ Dżul
Prawidłowa odpowiedź to D.

Źródło pytania:

Pytania z egzaminu państwowego z fizyki dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych i zawodowych