11 primerov vprašanj o uporabi prvega zakona termodinamike pri različnih termodinamičnih procesih (izobarični, izotermni, izohorični)
1. Spodnji graf prikazuje termodinamični cikel, ki ga doživlja plin. Delo, ki ga plin opravi v procesu ABCD, je…
Razprava
Znano je :
Tlak 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Tlak 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Zvezek 1 (V1) = 1 m3
Zvezek 2 (V2) = 3 m3
Vprašal Delo, ki ga opravi plin v ciklu ABCD
Jawab :
Delo, ki ga opravi plin = površina pravokotnika ABCD.
W = (P2 - P1)(V2 - V1)
Š = (4 x 105 - 2 x 105)(3–1)
Š = (2 x 105)(2)
Š = 4 x 105 Joule
Delo, ki ga plin opravi v ciklu ABCD, je 4 x 105 Joule.
2. Delo, ki ga opravi plin v ciklu ABC, je…
Razprava
Znano je :
Tlak 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Tlak 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Zvezek 1 (V1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Zvezek 2 (V2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Vprašal Delo, ki ga opravi plin v ciklu ABC
Jawab :
Delo, ki ga opravi plin = površina trikotnika ABCD.
Š = ½ (P2 - P1)(V2 - V1)
Š = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
Š = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
Š = ½ (120 x 10-1 Džul)
W = ½ (12 joulov)
W = 6 Joulov
Delo, ki ga opravi plin v ciklu ABC, je 6 Joulov.
3. Graf tlaka (P) glede na prostornino (V) plina v zaprtem prostoru. Del grafa, ki prikazuje delo plina na okolje, je…
Razprava
Proces AB in proces DC sta izobarična procesa. Proces AD in proces BC sta izohorična procesa.
Plin opravlja delo na okolico, če se plin širi tako, da se prostornina prostora, ki ga zaseda plin, poveča (DC proces). Okolica opravlja delo na plin, če se plin krči tako, da se prostornina prostora, ki ga zaseda plin, zmanjša (BC proces).
4. Vsi idealni plini podvržejo izohoričnemu procesu, zato ...
A. vse molekule imajo enako hitrost
B. pri visokih temperaturah je povprečna hitrost molekul večja
Tlak plina C. ostaja konstanten
D. plin bo opravil delo
E. nima notranje energije
Razprava
Izohorično = konstanten volumen.
Pravilen odgovor je B.
5. Količina idealnega plina se s termodinamičnim procesom stisne iz stanja 1 v stanje 2, kot je prikazano na naslednjem grafu PV. Delo, ki ga opravi plin, je…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Razprava
1 liter = 0,001 m³
Znano je, da :
Tlak 1 (P1 ) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/ m2
Tlak 2 (P2 ) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/ m2
Prostornina 1 (V 1 ) = 4 litri = 4 (0,001 m 3 ) = 0,004 m 3
Prostornina 2 (V 2 ) = 10 litrov = 10 (0,001 m 3 ) = 0,010 m 3
Iščemo : delo (W), ki ga opravi plin
Odgovor:
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)
Š = 60 + 1/2 (60)
Š = 60 + 30
W = 90 Joulov
Pravilen odgovor je E.
6. Poglejte si PV diagram ob strani!
Delo, ki se v enem termodinamičnem procesu opravi v enem ciklu, je ...
A. 100 kJ
B. 200 kJ
približno 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Razprava
Znano je, da :
Tlak 1 (P² ) = 1 x 10⁻ Pa = 1 x 10⁻ N/ m²
Tlak 2 (P² ) = 3 x 10⁻ Pa = 3 x 10⁻ N/ m²
Prostornina 1 (V 1 ) = 2 m 3
Prostornina 2 (V 2 ) = 4 m 3
Vprašano : Ustvarjeno delo (W).
Odgovor :
Opravljeno delo = površina štirikotnika abcd.
W = (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = (3 × 10⁻ – 1 × 10⁻ ) (4 – 2)
W = (2 x 10⁶ ) (2)
W = 4 x 10⁶ Joulov
W = 400.000 Joulov
W = 400 kilodžulov
Pravilen odgovor je D.
7. Idealni plin se spreminja po postopku, kot je prikazano na PV diagramu na desni. Delo, opravljeno pri tem procesu, je…
A. 35 J
B. 24 J
Približno 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Razprava
Znano je, da :
Tlak 1 (P 1 ) = 1 N/m 2
Tlak 2 (P 2 ) = 7 N/m 2
Prostornina 1 (V 1 ) = 1 m 3
Prostornina 2 (V 2 ) = 5 m 3
Vprašano: Delo (D) opravljeno.
Odgovor:
Opravljeno delo = površina trikotnika ABC.
W = ½ (P² – P¹ ) ( V² – V¹ )
W = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
Š = ½ ( 6 )( 4 )
Š = ½ (24)
W = 12 Joulov
Pravilen odgovor je D.
8. V zaprti posodi je 0,02 mola enoatomskega plina s temperaturo 350 K. Koliko toplote je potrebne, da se temperatura plina dvigne na 400 K? Univerzalna plinska konstanta, R = 8,31 J mol-1 K-1.
A. 10 joulov
B. 12,5 džulov
C. 14 joulov
D. 15,5 joulov
E. 17 joulov
Razprava:
Znano je :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Vprašal :
Toplota (Q) ?
Jawab :
V izohoričnem procesu (konstantna prostornina) je Q = delta U
Opis: Q = toplota, delta U = sprememba notranje energije, U = notranja energija
9. Dva mola monatomskega plina pri temperaturi 20 oC in tlak 2 × 105 Pa se podvrže izohoričnemu procesu, dokler tlak ne doseže 4 × 105 Pa. Če je univerzalna plinska konstanta = 8,31 J/mol K, potem je sprememba notranje energije plina ...
A. 7304 J
B. 6200 J
Približno 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Razprava:
Znano je :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Vprašal :
Sprememba notranje energije (delta U)?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T)2-T1)
Štetje T2 najprej uporabite formulo Gay-Lussacovega zakona (konstantna prostornina)
10. Del grafa tlaka (P) – prostornine (V), ki prikazuje, kako plin prejema zunanje delo, je ...
A. AB
B. CD
C. pr. n. št.
D. DA
E. AC
Razprava :
Če se na plinu opravi delo, se njegova prostornina poveča. Nasprotno pa, če se na plinu opravi delo iz zunanjega vira, se njegova prostornina zmanjša. Proces, prikazan na zgornjem grafu, ki prikazuje zmanjšanje prostornine plina, je proces CD.
Torej je pravilen odgovor B.
11. Spodnji grafi prikazujejo razmerje med tlakom (P) in prostornino (V) plina, ki se dogaja v procesu.
Postopek, ki zahteva največ truda, je prikazan na grafu številka …
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Razprava :
Opravljeno delo = površina. Večja kot je površina, večje je opravljeno delo. Največja površina je prikazana na grafu 3.
Pravilen odgovor je C.
