20 de exemple de întrebări de termodinamică
Proces termodinamic
1. În termodinamică, un gaz ideal trece printr-un proces izoterm dacă…
A. schimbări în starea gazului, temperatura rămâne întotdeauna constantă
B. toate moleculele se mișcă cu viteze diferite
C. Toate condițiile de gaz își schimbă întotdeauna temperatura
D. la temperaturi ridicate viteza moleculelor este mai mare
E. presiunea și volumul gazului nu se modifică
Pembahasan
Izoterm sau izoterm înseamnă temperatură constantă.
Răspunsul corect este A.
2. 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.
3. Afirmația corectă despre procesele termodinamice este…
A. Izobara este procesul de schimbare a gazului la presiune constantă.
B. Izobara este procesul de schimbare a gazului la o temperatură constantă.
C. Izocora este un proces de schimbare a gazului la presiune constantă.
D. izoterma este procesul de schimbare a gazului la un volum constant.
E. Izochorul este un proces de schimbare a gazului la o temperatură constantă.
Pembahasan
Izobaric = presiune constantă
Izocor = volum constant
Izotermă = temperatură constantă
Răspunsul corect este A.
Prima lege a termodinamicii
4. Din graficul PV de mai jos, lucrul mecanic al gazului în procesele I și II este proporțional cu...
A. 4:3
B. 3:4
C. 2: 3
D. 1:2
E. 1:1
Pembahasan
Se știe că:
Procesul 1:
Presiune (P) = 20 N/m2
Volumul inițial (V1) = 10 litru = 10 dm²3 = 10 x 10-3 m3
Volum final (V2) = 40 litru = 40 dm²3 = 40 x 10-3 m3
Procesul 2:
Presiune (P) = 15 N/m2
Volumul inițial (V1) = 20 litru = 20 dm²3 = 20 x 10-3 m3
Volum final (V2) = 60 litru = 60 dm²3 = 60 x 10-3 m3
Întrebat:
Jawab:
Lucrul cu gaz în procesul I:
W = P ΔV = P (V2– V1) = (20)(40-10)(10-3 m3) = (20)(30)(10)-3 m3) = (600)(10-3 m3) = 0,6 m3
Lucrul cu gaz în proces II:
W = P ΔV = P (V2– V1) = (15)(60-20)(10-3 m3) = (15)(40)(10)-3 m3) = (600)(10-3 m3) = 0,6 m3
Compararea lucrului mecanic în gaze în procesele I și II:
0,6 m3 : M 0,63
1: 1
Răspunsul corect este E.
5. Din graficul P – V, lucrul mecanic al gazului în procesele I și II este proporțional cu...
A. 4:3
B. 3:4
C. 2: 3
D. 1:2
E. 1:1
Pembahasan
Se știe că:
Procesul I:
Presiune (P) = 20 Pascali
Volumul 1 (V1) = 10 litri
Volumul 2 (V2) = 40 litri
Procesul II:
Presiune (P) = 15 Pascali
Volumul 1 (V1) = 20 litri
Volumul 2 (V2) = 60 litri
Întrebat: Compararea lucrului mecanic pe gaz în procesele I și II
Jawab:
Procesul termodinamic bazat pe graficul de mai sus este un proces izobar (presiune constantă).
Lucrul mecanic efectuat de gaz în procesul I:
W = P (V2 - V1)
W = (20)(40 – 10)
W = (20)(30)
L = 600
Lucrul mecanic efectuat de gaz în procesul II:
W = P (V2 - V1)
W = (15)(60 – 20)
W = (15)(40)
L = 600
Compararea lucrului mecanic în gaze în procesele I și II:
600: 600
1: 1
Răspunsul corect este E.
6. Gazul de heliu este încălzit conform graficului PV de mai jos. Lucrul mecanic efectuat de gazul de heliu în procesul AB este...
A. 15 joule 
B. 10 jouli
C. 8 jouli
D. 4 jouli
E. 2 jouli
Pembahasan
Este cunoscut :
Presiune (P) = 2 x 105 N / m2 = 2 x 105 Pascal
Volumul inițial (V1) = 5 cm3 = 5 x 10-6 m3
Volum final (V2) = 15 cm3 = 15 x 10-6 m3
Întrebat Lucrul mecanic efectuat de gaz în procesul AB
Jawab :
W = ∆P ∆V
W = P (V2 - V1)
W = (2 x 105)(15 x 10-6 - 5 x 10-6)
W = (2 x 105)(10 x 10-6) = (2 x 105)(1 x 10-5)
W = 2 Joule
Răspunsul corect este E.
7. Uită-te la imagine! Un gaz ideal trece printr-un proces de modificare a presiunii (P) în funcție de volum (V). Lucrul mecanic efectuat de gaz în acest proces este…
A. 20 Joule
B. 15 Joule
C. 10 Joule
D. 5 Joule
E. 4 Joule
Pembahasan
Este cunoscut :
Presiunea inițială (P1) = 4 Pa = 4 N/m2
Presiunea finală (P2) = 6 Pa = 6 N/m2
Volumul inițial (V1) = 2 m3
Volum final (V2) = 4 m3
Întrebat Lucrul mecanic efectuat de gaz (W)
Jawab :
Lucrul mecanic efectuat de gaz = aria de sub curba ab.
W = aria triunghiului + aria dreptunghiului
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
Răspunsul corect este E.
8. Un gaz ideal trece printr-un proces închis A → B → C → A. Într-un ciclu, gazul efectuează un lucru mecanic echivalent cu….
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
Lucrul mecanic (W) = aria curbei (aria triunghiului din interiorul liniei marcate cu săgeată).
L = ½ (20-10)(6 x 105 - 2 x 105)
L = ½ (10)(4 x 105)
W = (5)(4 x 105)
L = 20 x 105 = 2 x 106 joule
Răspunsul corect este D.
Motor termic
9. Un motor absoarbe 2.000 de jouli de căldură dintr-un rezervor cu temperatură ridicată și eliberează 1.200 de jouli într-un rezervor cu temperatură scăzută. Randamentul motorului este...
A. 80%
B. 75%
C. 60%
D. 50%
E. 40%
Pembahasan
Se știe că:
Căldură absorbită (QH) = 2000 Jouli
Căldură eliberată (QL) = 1200 Jouli
Lucrul mecanic produs de mașină (W) = 2000 – 1200 = 800 Jouli
Întrebat Randamentul motorului termic (e)
Jawab :
Formula pentru eficiența unui motor termic:
e = W / QH = 800/2000 = 0,4 × 100% = 40%
Răspunsul corect este E.
Motorul Carnot
10. Randamentul unui motor Carnot al cărui ciclu absoarbe căldură la o temperatură de 960 K și respinge căldură la o temperatură de 576 K este...
A. 40%
B. 50%
C. 56%
D. 60%
E. 80%
Pembahasan
Este cunoscut :
Temperatură ridicată (TH) = 960 K
Temperatură scăzută (TL) = 576 K
Întrebat Randamentul motorului Carnot (e)
Jawab :
Randamentul unui motor Carnot este 0,4 x 100% = 40%
Răspunsul corect este A.
11. În graficul PV al unui motor Carnot de mai jos, W = 6.000 Jouli. Cantitatea de căldură eliberată de motor pe ciclu este…
A. 2.250 jouli
B. 3.000 jouli
C. 3.750 jouli
D. 6.000 jouli
E. 9.600 jouli
Pembahasan
Se știe că:
Lucru mecanic (W) = 6000 Jouli
Temperatură ridicată (TH) = 800 Kelvin
Temperatură scăzută (TL) = 300 Kelvin
Întrebat: Q
Jawab:
Randamentul unui motor termic ideal (motorul Carnot):
Căldura absorbită de motorul Carnot:
W = e Q1
6000 = (0,625) Q1
Q1 = 6000 / 0,625
Q1 = 9600
Căldura eliberată de un motor Carnot:
Q2 = Q1 - W
Q2 = 9600 - 6000
Q2 = 3600 Joule
Nu există un răspuns corect.
12. Un motor Carnot cu un randament de 40% folosește un rezervor fierbinte la 727°C. Determinați temperatura rezervorului rece!
A. 327°C
B. 357°C
C. 400°C
D. 600°C
E. 627°C
Pembahasan
Se știe că:
Eficiență (e) = 40% = 40/100 = 0,4
Temperatură ridicată (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Întrebat: Determinați temperatura rezervorului rece
Jawab:
Temperatura rezervorului este 600–273 = 327oC
Răspunsul corect este A.
13. Graficul P-V al unui motor Carnot arată ca în figura următoare! Dacă motorul absoarbe 800 J de căldură, atunci lucrul mecanic efectuat este…
A. 105,5 J
B. 252,6 J
C. 336,6 J
D. 466,7 J
E. 636,7 J
Pembahasan
Se știe că:
Temperatură ridicată (TH) = 600 Kelvin
Temperatură scăzută (TL) = 250 Kelvin
Căldură absorbită (Q1) = 800 Jouli
Întrebat: Afaceri (W)
Jawab:
Randamentul unui motor termic ideal (motorul Carnot):
Eforturile depuse sunt:
W = e Q1
W = (7/12)(800 Jouli)
W = 466,7 Joule
Răspunsul corect este D.
14. Un motor Carnot funcționează la o temperatură ridicată de 600 K pentru a produce lucru mecanic. Dacă motorul absoarbe 600 J de căldură la o temperatură scăzută de 400 K, atunci lucrul mecanic produs este….
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J
Pembahasan
Este cunoscut :
Temperatură scăzută (TL) = 400 K
Temperatură ridicată (TH) = 600 K
Căldură absorbită (Q1) = 600 Jouli
Întrebat Lucrul mecanic produs de motorul Carnot (W)
Jawab :
Randamentul unui motor termic ideal (motorul Carnot):
Lucrul efectuat de motorul Carnot:
W = e Q1
W = (1/3)(600) = 200 Jouli
Răspunsul corect este E.
Teoria cinetică a gazelor și termodinamica
15. Într-un rezervor există un gaz ideal cu un volum de 4 litri, temperatura 27°C.oC și o presiune de 3 atm (1 atm = 105 nm-2Gazul este supus unui proces de încălzire la presiune constantă până la o temperatură de 87°F (Fahrenheit).oC. Capacitatea calorică a gazului este de 9 JK-1 Volumul final de gaz și variația energiei interne a gazului sunt, respectiv…
A. 4,2 litri, ΔU = 200 Joule
B. 4,4 litri, ΔU = 240 Joule
C. 4,6 litri, ΔU = 280 Joule
D. 4,8 litri, ΔU = 300 Joule
E. 4,8 litri, ΔU = 360 Joule
Pembahasan
Proces izobaric (presiune constantă)
Se știe că:
Volumul inițial al gazului ideal (V1) = 4 litri
Temperatura inițială a gazului ideal (T1) = 27oC + 273 = 300 K
Temperatura finală a unui gaz ideal (T2) = 87oC + 273 = 360 K
Presiunea ideală a gazului (P) = 3 atm = 3 x 105 nm-2
Capacitatea calorică a gazului (C) = 9 JK-1
Întrebat: Volumul final de gaz (V2) și Variația energiei în gaz (ΔU)
Jawab:
Calculați volumul final folosind formula legiium Charles (proces izobar sau la presiune constantă):
Schimbare de volum:
1 litru = 0,001 m³3
Volumul inițial (V1) = 4 (0,001 m3) = 0,004 m3
Volum final (V2) = 4,8 (0,001 m3) = 0,0048 m3
Schimbare v.volum (ΔV) = V2 - V1 = 0,0048 m3 - 0,004 m3 = 0,008 m3.
Schimbări de temperatură:
Schimbări de temperatură (ΔT) = T2 - T1 = 360 K – 300 K = 60 K
Calculați variația energiei interne (ΔU) a unui gaz ideal folosind formula primei legi a termodinamicii:
ΔU = Q – W
Descriere: ΔU = variația energiei interne, Q = căldură, W = lucru mecanic.
Calculați lucrul mecanic (W) la presiune constantă:
W = P ΔV = (3 x 105)(0,0008) = (3 x 101)(8) = (30)(8) = 240 Jouli
Calculați căldura (Q) folosind formula capacității calorice (C):
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 Jouli
Calculați variația energiei interne:
ΔU = Q – W = 540 Jouli – 240 Jouli = 300 Jouli.
Răspunsul corect este D.
16. Într-un rezervor există 6 litri de gaz ideal la o presiune de 2 atm (1 atm = 105 nm-2), temperatura 27oC. Gazul este încălzit la o temperatură de 77oC la presiune constantă. Dacă capacitatea calorică a gazului este de 5 JK-1, volumul final și variația energiei interne a gazului sunt respectiv….
A. 8 litri; ΔU = 250 Joule
B. 8 litri; ΔU = 200 Joule
C. 7 litri; ΔU = 100 Joule
D. 7 litri; ΔU = 50 Joule
E. 7 litri; ΔU = 20 Joule
Pembahasan
Proces izobaric (presiune constantă)
Se știe că:
Volumul inițial al gazului ideal (V1) = 6 litri
Temperatura inițială a gazului ideal (T1) = 27oC + 273 = 300 K
Temperatura finală a unui gaz ideal (T2) = 77oC + 273 = 350 K
Presiunea ideală a gazului (P) = 2 atm = 2 x 105 nm-2
Capacitatea calorică a gazului (C) = 5 JK-1
Întrebat: Volumul final de gaz (V2) și Variația energiei în gaz (ΔU)
Jawab:
Calculați volumul final folosind formula legiium Charles (proces izobar sau la presiune constantă):
Schimbare de volum:
1 litru = 0,001 m³3
Volumul inițial (V1) = 6 (0,001 m3) = 0,006 m3
Vvolum final (V2) = 7 (0,001 m3) = 0,007 m3
Schimbare de volum (ΔV) = V2 - V1 = 0,007 m3 - 0,006 m3 = 0,001 m3.
Schimbări de temperatură:
Schimbări de temperatură (ΔT) = T2 - T1 = 350 K – 300 K = 50 K
Calculați variația energiei interne (ΔU) a unui gaz ideal folosind formula primei legi a termodinamicii:
ΔU = Q – W
Descriere: ΔU = variația energiei interne, Q = căldură, W = lucru mecanic.
Calculați lucrul mecanic (W) la presiune constantă:
W = P ΔV = (2 x 105)(0,001) = (2 x 102) (1) = (200)(1) = 200 Jouli
Calculați căldura (Q) folosind formula capacității calorice (C):
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 Jouli
Calculați variația energiei interne:
ΔU = Q – W = 250 Jouli – 200 Jouli = 50 Jouli.
Răspunsul corect este D.
Proces termodinamic
17. Acordați atenție graficului din lateral și afirmațiilor următoare!
(1Procesul AB este izobar și W = P (V2 - V1)
(2) Procesul BC este adiabatic, iar ΔU = Q
(3) Procesul BC este izocor, iar ΔU = Q
(4) Procesul CA este izoterm, iar sistemul absoarbe căldură.
Afirmația corectă este…
A. (1) și (3)
B. (1) și (4)
C. (2) și (3)
D. (2) și (4)
E. (3) și (4)
Pembahasan
(1Procesul AB este izobar și W = P (V2 - V1)
Izobaric = presiune constantă. Presiunea constantă este indicată de o linie dreaptă de-a lungul lui P1 de la A la B. În acest proces, presiunea rămâne constantă, dar există o modificare a volumului atunci când volumul crește. Dacă volumul crește, atunci sistemul efectuează un lucru mecanic asupra mediului, unde cantitatea de lucru mecanic (W) este rezultatul înmulțirii presiunii (P) cu modificarea volumului (ΔU).
(3) Procesul BC este izocor, iar ΔU = Q
Izocor = volum constant. Volumul constant este indicat printr-o linie dreaptă de-a lungul lui V.2 de la B la C. În acest proces, volumul rămâne constant, dar există o variație a presiunii, ceea ce face ca presiunea să crească. Volumul este constant, deci nu se efectuează lucru mecanic, unde W = 0. Formula pentru Prima Lege a Termodinamicii este ΔU = Q – W, unde ΔU = variația energiei interne, Q = căldură și W = lucru mecanic. Dacă nu există lucru mecanic, atunci W = 0, deci ΔU = Q.
Răspunsul corect este A.
18. Uitați-vă la următorul grafic al ciclului termodinamic!
Din următoarea afirmație:
(1) A – B = izocor, lucrul mecanic depinde de schimbările de temperatură
(2) B – C = adiabatic, fără schimbare de căldură
(3) B – C = izobar, lucrul mecanic depinde de modificările de volum
(4) C – A = procesul are loc cu un efort din afara sistemului
Adevărul este că…
A. (1) și (2)
B. (1) și (3)
C. (2) și (3)
D. (2) și (4)
E. (3) și (4)
Pembahasan
(1) A – B = izocor, lucrul mecanic depinde de schimbările de temperatură
Da, acest proces este izocor (volum constant). Cu toate acestea, volumul rămâne constant, deci nu se efectuează lucru mecanic. Lucrul mecanic are loc atunci când există o modificare a volumului. Prin urmare, această afirmație este incorectă.
(3) B – C = izobar, lucrul mecanic depinde de modificările de volum
Izobar = presiune constantă. Presiunea constantă este indicată de o linie dreaptă de la B la C. În acest proces, există o modificare a volumului sistemului, unde volumul sistemului crește. O creștere a volumului sistemului înseamnă că sistemul efectuează un lucru mecanic asupra mediului.
(4) C – A = procesul are loc cu un efort din afara sistemului
În acest proces, volumul sistemului scade, iar presiunea sistemului scade. O scădere a volumului sistemului înseamnă că mediul înconjurător lucrează asupra sistemului. Cu alte cuvinte, se efectuează lucru mecanic din exterior.
Răspunsul corect este E.
Legile termodinamicii
19. Priviți imaginea! Un gaz ideal trece printr-un proces de schimbare a presiunii (P) în volum (V). Lucrul mecanic efectuat de gaz în acest proces este…
A. 20 Joule
B. 15 Joule
C. 10 Joule
D. 5 Joule
E. 4 Joule
Pembahasan
Este cunoscut :
Presiunea inițială (P1) = 4 Pa = 4 N/m2
Presiunea finală (P2) = 6 Pa = 6 N/m2
Volumul inițial (V1) = 2 m3
Volum final (V2) = 4 m3
Întrebat Lucrul mecanic efectuat de gaz (W)
Jawab :
Lucrul mecanic efectuat de gaz = aria de sub curba ab.
W = aria triunghiului + aria dreptunghiului
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
Răspunsul corect este E.
20. Un gaz ideal trece printr-un proces închis A → B → C → A. Într-un ciclu, gazul efectuează un lucru mecanic în valoare de….
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
Lucrul mecanic (W) = aria curbei (aria triunghiului din interiorul liniei marcate cu săgeată).
L = ½ (20-10)(6 x 105 - 2 x 105)
L = ½ (10)(4 x 105)
W = (5)(4 x 105)
L = 20 x 105 = 2 x 106 joule
Răspunsul corect este D.
Sursa întrebării:
Întrebări de fizică pentru examenul național de liceu/liceu vocațional
