වායු පිළිබඳ චාලක සිද්ධාන්තය සහ තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමය - ගැටළු සහ විසඳුම්
1. පරිපූර්ණ වායු ලීටර් 4 ක පරිමාවක් සහිත භාජනයක ඇති අතර එහි පීඩනය 3 atm (1 atm = 10 5 Nm -2 ) වේ. පරිපූර්ණ වායු 27 o C සිට 87 o C දක්වා නියත පීඩනයකදී රත් කරනු ලැබේ. වායුවේ තාප ධාරිතාව 9 JK -1 වේ . අවසාන වායු පරිමාව සහ වායුවල අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස කුමක්ද?
විසඳුමක්
සමස්ථානික ක්රියාවලිය (නියත පීඩනය)
දන්නා:
වායුවේ ආරම්භක පරිමාව (V 1 ) = ලීටර් 4
වායුවේ ආරම්භක උෂ්ණත්වය (T 1 ) = 27 o C + 273 = 300 K
වායුවේ අවසාන උෂ්ණත්වය (T 2 ) = 87 o C + 273 = 360 K
වායු පීඩනය (P) = 3 atm = 3 x 10 5 Nm -2
වායුවේ තාප ධාරිතාව (C) = 9 JK -1
අවශ්ය වන්නේ : වායුවේ අවසාන පරිමාව (V 2 ) සහ වායුවේ අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස (ΔU )
විසඳුම:
චාල්ස් නියමයේ සමීකරණය (සමස්ථානික ක්රියාවලිය හෝ නියත පීඩනය) භාවිතයෙන් අවසාන පරිමාව තීරණය කරන්න:
පරිමාවේ වෙනස:
ලීටර් 1 = 0.001 m 3
ආරම්භක පරිමාව (V 1 ) = 4 (0.001 m 3 ) = 0.004 m 3
අවසාන පරිමාව (V 2 ) = 4.8 (0.001 m 3 ) = 0.0048 m 3
පරිමාවේ වෙනස (ΔV) = V 2 – V 1 = 0.0048 m 3 – 0.004 m 3 = 0.008 m 3.
උෂ්ණත්ව වෙනස්වීම්:
උෂ්ණත්වයේ වෙනස (ΔT) = T 2 – T 1 = 360 K – 300 K = 60 K
තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමයේ සමීකරණය භාවිතා කරමින් පරිපූර්ණ වායුවේ අභ්යන්තර ශක්තියේ (ΔU) වෙනස තීරණය කරන්න.
ΔU = Q - W
ΔU = අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස, Q = තාපය, W = කාර්යය
නියත පීඩනයේදී කාර්යය (W) තීරණය කරන්න:
W = P ΔV = (3 x 10 5 )(0.0008) = (3 x 10 1 )(8) = (30)(8) = ජූල් 240
තාප ධාරිතාව (C) සමීකරණය භාවිතයෙන් තාපය (Q) තීරණය කරන්න:
සී = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 ජූල්
අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස තීරණය කරන්න:
ΔU = Q – W = ජූල් 540 – ජූල් 240 = ජූල් 300.
2. 2 atm හි පරිපූර්ණ වායු ලීටර් 6 ක් භාජනයක තබා ඇත (1 atm = 10 5 Nm -2 ). වායුව නියත පීඩනයකදී 27 o C සිට 77 o C දක්වා රත් කරනු ලැබේ. වායුවේ තාප ධාරිතාව 5 JK -1 නම් , අවසාන පරිමාව සහ වායුවේ අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස කුමක්ද?
විසඳුම:
සමස්ථානික ක්රියාවලිය (නියත පීඩනය)
දන්නා:
පරිපූර්ණ වායුවල ආරම්භක පරිමාව (V 1 ) = ලීටර් 6
පරිපූර්ණ වායුවල ආරම්භක උෂ්ණත්වය (T 1 ) = 27 o C + 273 = 300 K
පරිපූර්ණ වායුවල අවසාන උෂ්ණත්වය (T 2 ) = 77 o C + 273 = 350 K
පරිපූර්ණ වායුවල පීඩනය (P) = 2 atm = 2 x 10 5 Nm -2
වායුවල තාප ධාරිතාව (C) = 5 JK -1
අවශ්ය වන්නේ: වායුවේ අවසාන පරිමාව (V 2 ) සහ වායුවේ අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස (ΔU )
විසඳුම:
චාල්ස් නියමයේ සමීකරණය (සමස්ථානික ක්රියාවලිය හෝ නියත පීඩනය) භාවිතයෙන් වායුවේ අවසාන පරිමාව තීරණය කරන්න:
පරිමාවේ වෙනස:
ලීටර් 1 = 0.001 m 3
ආරම්භක පරිමාව (V 1 ) = 6 (0.001 m 3 ) = 0.006 m 3
අවසාන පරිමාව (V 2 ) = 7 (0.001 m 3 ) = 0.007 m 3
පරිමාවේ වෙනස (ΔV) = V 2 – V 1 = 0.007 m 3 – 0.006 m 3 = 0.001 m 3
උෂ්ණත්ව වෙනස්වීම්:
උෂ්ණත්වයේ වෙනස (ΔT) = T 2 – T 1 = 350 K – 300 K = 50 K
තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමයේ සමීකරණය භාවිතා කරමින් පරිපූර්ණ වායුවල අභ්යන්තර ශක්තියේ (ΔU) වෙනස තීරණය කරන්න.
ΔU = Q - W
ΔU = අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස, Q = තාපය, W = කාර්යය
නියත පීඩනයේදී කාර්යය (W) තීරණය කරන්න:
W = P ΔV = (2 x 10 5 )(0.001) = (2 x 10 2 )(1) = (200)(1) = ජූල් 200
තාප ධාරිතාව (C) සමීකරණය භාවිතයෙන් තාපය (Q) තීරණය කරන්න:
සී = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 ජූල්
අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස තීරණය කරන්න:
ΔU = Q – W = ජූල් 250 – ජූල් 200 = ජූල් 50.
- වායු පිළිබඳ චාලක සිද්ධාන්තයේ ප්රධාන උපකල්පන මොනවාද?
- පිළිතුර: වායු පිළිබඳ චාලක න්යාය උපකල්පනය කරන්නේ: (අ) වායු යනු නියත අහඹු චලිතයක පවතින කුඩා අංශු විශාල සංඛ්යාවකින් සමන්විත වන; (ආ) මෙම අංශු ඒවායේ ප්රමාණයට සාපේක්ෂව බොහෝ දුරින් පිහිටා ඇත; (ඇ) වායු අංශු අතර හෝ අංශුවක් සහ එහි බහාලුම් බිත්ති අතර ගැටුම් ප්රත්යාස්ථ වේ (එනම්, චාලක ශක්තිය නැති නොවේ); (ඈ) වායු අංශු අතර අන්තර් අණුක බල නොමැත; සහ (ඉ) වායු අංශුවල සාමාන්ය චාලක ශක්තිය වායුවේ නිරපේක්ෂ උෂ්ණත්වයට සෘජුවම සමානුපාතික වේ.
- වායු අණු වල සාමාන්ය චාලක ශක්තිය වායුවේ උෂ්ණත්වයට සම්බන්ධ වන්නේ කෙසේද?
- පිළිතුර: වායු අණු වල සාමාන්ය චාලක ශක්තිය වායුවේ නිරපේක්ෂ උෂ්ණත්වයට (කෙල්වින් වලින්) සෘජුව සමානුපාතික වේ. උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට, අණු වල සාමාන්ය චාලක ශක්තිය ද වැඩි වේ.
- අණුක චලිතය අනුව නිරපේක්ෂ ශුන්යයේ වැදගත්කම කුමක්ද?
- පිළිතුර: නිරපේක්ෂ ශුන්යය (0 කෙල්වින්) යනු න්යායාත්මකව සියලුම අණුක චලිතය නතර වන උෂ්ණත්වයයි. එය ද්රව්යයක කිසිවක් සිසිල් විය නොහැකි සහ තාප ශක්තියක් ඉතිරි නොවන අවම උෂ්ණත්වය නියෝජනය කරයි.
- අභ්යන්තර ශක්තිය, තාපය සහ කාර්යය සම්බන්ධයෙන් තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමය කුමක්ද?
- පිළිතුර: තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමය පවසන්නේ පද්ධතියක අභ්යන්තර ශක්තියේ වෙනස, පද්ධතියට එකතු කරන ලද තාපයට සමාන වන අතර, පද්ධතිය විසින් එහි වටපිටාව මත කරන ලද කාර්යය අඩු කළ විට ලැබෙන අගය බවයි: ΔU = Q – W.
- සමස්ථානික ක්රියාවලියකදී, පද්ධතිය මගින් හෝ පද්ධතිය මත සිදු කරන කාර්යයට කුමක් සිදුවේද?
- පිළිතුර: සමස්ථානික ක්රියාවලියකදී, පරිමාව නියතව පවතී. එබැවින්, පද්ධතිය මගින් හෝ පද්ධතිය මත කිසිදු කාර්යයක් සිදු නොකෙරේ, මන්ද එවැනි අවස්ථාවන්හිදී කාර්යය පීඩන-පරිමාව කාර්යය මගින් ලබා දෙන අතර, පරිමාව වෙනස් නොවන්නේ නම් එය ශුන්ය වනු ඇත.
- වායුවක් "පරමාදර්ශී" යැයි අප පවසන විට එයින් අදහස් කරන්නේ කුමක්ද?
- පිළිතුර: "පරමාදර්ශී" වායුවක් යනු සියලු උෂ්ණත්ව හා පීඩන තත්වයන් යටතේ පරිපූර්ණ වායු නියමය (PV = nRT) අනුගමනය කරන එකකි. තවද එහි අර්ථය වන්නේ වායුව අන්තර් අණුක බල සහ පරිපූර්ණ ප්රත්යාස්ථ ගැටුම් නොමැතිව චාලක සිද්ධාන්තයේ උපකල්පන පරිපූර්ණ ලෙස අනුගමනය කරන බවයි.
- සැබෑ වායු පරිපූර්ණ වායුවල හැසිරීමෙන් බැහැර වන්නේ කෙසේද?
- පිළිතුර: ඉහළ පීඩන සහ අඩු උෂ්ණත්වවලදී සැබෑ වායු පරිපූර්ණ හැසිරීමෙන් බැහැර වේ. මෙය අන්තර් අණුක බල පැවතීම සහ වායු අණු වල සීමිත ප්රමාණය නිසාය. අපගමනයන් වැන් ඩර් වෝල්ස් සමීකරණය සහ අනෙකුත් සමාන සමීකරණ මගින් විස්තර කෙරේ.
-
තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමය සංරක්ෂණ නීතියක් ලෙස සැලකිය හැක්කේ ඇයි?
- පිළිතුර: තාප ගති විද්යාවේ පළමු නියමය සංරක්ෂණ නීතියක් ලෙස සැලකිය හැක්කේ එහි සඳහන් වන්නේ ශක්තිය නිර්මාණය කිරීමට හෝ විනාශ කිරීමට නොහැකි බවත්, එක් ආකාරයක සිට තවත් ආකාරයකට මාරු කිරීම හෝ පරිවර්තනය කිරීම පමණක් බවත්ය. මෙය ශක්ති සංරක්ෂණ මූලධර්මය පිළිබිඹු කරයි.
