11 Exemple de întrebări privind aplicarea primei legi a termodinamicii la diverse procese termodinamice (izobar, izoterm, izocor)
1. Graficul de mai jos prezintă ciclul termodinamic prin care trece un gaz. Lucrul mecanic efectuat de gaz în procesul ABCD este…
Pembahasan
Este cunoscut :
Presiune 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Presiune 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Volumul 1 (V1) = 1 m3
Volumul 2 (V2) = 3 m3
Întrebat Lucrul mecanic efectuat de gaz în procesul ciclului ABCD
Jawab :
Lucrul mecanic efectuat de gaz = aria dreptunghiului ABCD.
W = (P2 - P1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105) (2)
L = 4 x 105 joule
Lucrul mecanic efectuat de gaz în ciclul ABCD este de 4 x 105 Joule.
2. Lucrul mecanic efectuat de gaz în procesul ciclului ABC este…
Pembahasan
Este cunoscut :
Presiune 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Presiune 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Volumul 1 (V1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Volumul 2 (V2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Întrebat Lucrul mecanic efectuat de gaz în procesul ciclului ABC
Jawab :
Lucrul mecanic efectuat de gaz = aria triunghiului ABCD.
W = ½ (P2 - P1)(V2 - V1)
L = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
L = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
L = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (12 Jouli)
W = 6 Joule
Lucrul mecanic efectuat de gaz în procesul ciclului ABC este de 6 jouli.
3. Un grafic al presiunii (P) în funcție de volumul (V) unui gaz într-un spațiu închis. Partea graficului care arată cum gazul efectuează lucru mecanic asupra mediului este…
Pembahasan
Procesul AB și procesul DC sunt procese izobarice. Procesul AD și procesul BC sunt procese izocore.
Gazul aplică un lucru mecanic asupra mediului înconjurător dacă se dilată astfel încât volumul spațiului ocupat de gaz crește (procesul de curent continuu). Mediul înconjurător aplică un lucru mecanic asupra gazului dacă gazul se contractă astfel încât volumul spațiului ocupat de gaz scade (procesul BC).
4. Toate gazele ideale trec printr-un proces izocor, deci...
A. toate moleculele au aceeași viteză
B. la temperaturi ridicate viteza medie a moleculelor este mai mare
C. presiunea gazului rămâne constantă
D. gazul va face lucru mecanic
E. nu are energie internă
Pembahasan
Izocor = volum constant.
Răspunsul corect este B.
5. O cantitate de gaz ideal este comprimată printr-un proces termodinamic din starea 1 în starea 2, așa cum se arată în următorul grafic PV. Lucrul mecanic efectuat de gaz este…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Pembahasan
1 litru = 0,001 m³
Se știe că :
Presiunea 1 (P1 ) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/ m2
Presiunea 2 (P2 ) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/ m2
Volumul 1 (V1 ) = 4 litri = 4 (0,001 m3 ) = 0,004 m3
Volumul 2 (V 2 ) = 10 litri = 10 (0,001 m 3 ) = 0,010 m 3
Întrebare : Lucrul mecanic (W) efectuat de gaz
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 (6) + 1/2 (10) (6)
L = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 Joule
Răspunsul corect este E.
6. Uită-te la diagrama fotovoltaică din lateral!
Lucrul mecanic produs în procesul termodinamic într-un ciclu este…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Pembahasan
Se știe că :
Presiunea 1 (P1 ) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2
Presiunea 2 (P2 ) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / m2
Volumul 1 (V² ) = 2 m³
Volumul 2 (V² ) = 4 m³
Întrebare : Lucrul mecanic (W) generat.
Răspuns :
Lucrul mecanic efectuat = aria patrulaterului abcd.
W = (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = (3 x 10⁻⁵ – 1 x 10⁻⁵ ) (4 – 2)
W = (2 x 10⁻⁵ ) (2)
W = 4 x 10⁻⁴ Joule
W = 400.000 Joule
W = 400 kilojoule
Răspunsul corect este D.
7. Un gaz ideal trece printr-un proces așa cum se arată în diagrama PV din dreapta. Lucrul mecanic efectuat în acest proces este…
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Pembahasan
Se știe că :
Presiunea 1 (P1 ) = 1 N/ m2
Presiunea 2 (P2 ) = 7 N/ m2
Volumul 1 (V² ) = 1 m³
Volumul 2 (V² ) = 5 m³
Întrebare: Lucrare (W) efectuată.
Jawab:
Lucrul efectuat = aria triunghiului ABC.
W = ½ (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
W = ½ ( 6 )( 4 )
L = ½ (24)
W = 12 Joule
Răspunsul corect este D.
8. 0,02 moli de gaz monoatomic la 350 K se află într-un recipient închis. Câtă căldură este necesară pentru a crește temperatura gazului la 400 K? Constanta universală a gazelor, R = 8,31 J mol-1 K-1.
A. 10 Joule
B. 12,5 Joule
C. 14 Joule
D. 15,5 Joule
E. 17 Joule
Discuție:
Este cunoscut :
n = 0,02 moli
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Întrebat :
Căldură (Q) ?
Jawab :
Într-un proces izocor (volum constant), Q = delta U
Descriere: Q = căldură, delta U = variație a energiei interne, U = energie internă
9. Doi moli de gaz monoatomic la o temperatură de 20 oC și presiune 2 × 105 Pa suferă un proces izocor până când presiunea devine 4 × 105 Pa. Dacă constanta universală a gazelor = 8,31 J/mol K, atunci variația energiei interne a gazului este…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Discuție:
Este cunoscut :
n = 2 moli
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Întrebat :
Variația energiei interne (delta U) ?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Contele T2 utilizați mai întâi formula legii lui Gay-Lussac (volum constant)
10. Partea graficului presiune (P) – volum (V) care arată lucrul mecanic extern al gazului este...
A. AB
B. CD
C. î.Hr.
D. DA
E. AC
Pembahasan :
Dacă se efectuează lucru mecanic asupra gazului, volumul acestuia crește. Invers, dacă se efectuează lucru mecanic asupra gazului dintr-o sursă externă, volumul acestuia scade. Procesul prezentat în graficul de mai sus, care arată scăderea volumului gazului, este procesul CD.
Deci răspunsul corect este B.
11. Graficele de mai jos arată relația dintre presiunea (P) și volumul (V) gazului care trece printr-un proces.
Procesul care produce cel mai mare efort este prezentat în graficul numărul …
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Pembahasan :
Lucrul mecanic efectuat = aria. Cu cât aria este mai mare, cu atât lucrul mecanic efectuat este mai mare. Cea mai mare aria este prezentată în graficul 3.
Răspunsul corect este C.
