Termodinamika - problemet dhe zgjidhjet
1. Bazuar në grafikun PV më poshtë, cili është raporti i punës së kryer nga gazi në procesin I, me punën e kryer nga gazi në procesin II?
I njohur:
Procesi 1:
Presioni (P) = 20 N/ m2
Vëllimi fillestar (V1 ) = 10 litra = 10 dm3 = 10 x 10-3 m3
Vëllimi përfundimtar (V2 ) = 40 litra = 40 dm3 = 40 x 10-3 m3
Procesi 2:
Procesi (P) = 15 N/ m2
Vëllimi fillestar (V1 ) = 20 litra = 20 dm3 = 20 x 10-3 m3
Vëllimi përfundimtar (V2 ) = 60 litra = 60 dm3 = 60 x 10-3 m3
Kërkohet: Raporti i punës së kryer nga gazi
zgjidhje:
Puna e kryer nga gazi në procesin 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
Puna e kryer nga gazi në procesin 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
Raporti i punës së kryer nga gazi në procesin I dhe procesin II:
0.6 m 3 : 0.6 m 3
1: 1
2.
Bazuar në grafikun më poshtë, cila është puna e kryer nga gazi helium në procesin AB?
I njohur:
Presioni (P) = 2 x 10 5 N/m 2 = 2 x 10 5 Paskalë
Vëllimi fillestar (V1 ) = 5 cm3 = 5 x 10-6 m3
Vëllimi përfundimtar (V2 ) = 15 cm3 = 15 x 10-6 m3
Kërkohet: Puna e kryer nga gazi në procesin AB
zgjidhje:
W = ΔP ΔV
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 Xhaul
3.
Bazuar në grafikun më poshtë, cila është puna e kryer në procesin AB?
I njohur:
Presioni fillestar (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
Presioni përfundimtar (P2 ) = 6 Pa = 6 N/ m2
Vëllimi fillestar (V1 ) = 2 m3
Vëllimi përfundimtar (V2 ) = 4 m3
Kërkohet: punë e kryer Unë përpunoj ab
zgjidhje:
Puna e kryer nga gazi = sipërfaqja nën kurbën ab
W = sipërfaqja e trekëndëshit + sipërfaqja e drejtkëndëshit
F = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Xhaul
4. Bazuar në grafikun më poshtë, cila është puna e bërë në procesin ABCA.
zgjidhje:
Puna (W) = Sipërfaqja e trekëndëshit ABC
W = ½ (20-10)(6 x 105 – 2 x 105 )
W = ½ (10)(4 x 105 )
W = (5)(4 x 105 )
W = 20 x 10 5
W = 2 x 10 6 Xhaul
5. Një motor thith 2000 xhaul nxehtësi në një temperaturë të lartë dhe nxjerr 1200 xhaul nxehtësi në një temperaturë të ulët. Cili është efikasiteti i motorit?
I njohur:
Hyrja e nxehtësisë (Q H ) = 2000 Xhaul
Prodhimi i nxehtësisë (QL ) = 1200 Xhaul
Puna e kryer nga motori (W) = 2000 – 1200 = 800 Xhaul
Kërkohet: efikasitet (e)
zgjidhje:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40%
6. Një motor thith nxehtësi në 960 Kelvin dhe motori çliron nxehtësi në 576 Kelvin. Cili është efikasiteti i motorit?
I njohur:
Temperatura e lartë ( T⁻ ...
Temperatura e ulët (T₂L ) = 576 K
Kërkohet: efikasitet (e)
zgjidhje:
Efikasiteti i motorit Carnot = 0.4 x 100% = 40%
7. Bazuar në grafikun më poshtë, puna e kryer nga motori është 6000 xhaul. Cila është nxehtësia që shkarkohet nga motori në secilin rreth?
I njohur:
Puna (W) = 6000 Xhaul
Temperatura më e lartë (T⁻⁻⁻⁻ ) = 800 Kelvin
Temperatura e ulët (TL ) = 300 Kelvin
Kërkohet: nxehtësia e shkarkuar nga motori
Zgjidhja :
Efikasiteti i Carnot (ideal):
Nxehtësia e absorbuar nga motori Carnot:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q 1
Q 1 = 6000 / 0.625
Q 1 = 9600
Nxehtësia e çliruar nga motori Carnot:
Q2 = Q1 – W
Q2 = 9600 – 6000
Q2 = 3600 Xhaul
8. Efikasiteti i një motori Carnot është 40%. Nëse nxehtësia absorbohet në 727°C, atëherë cila është temperatura më e ulët.
I njohur:
Efikasiteti (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Temperatura e lartë (T⁻⁻⁻⁻⁻⁻ ) = 727 ° C + 273 = 1000 K
Kërkohet: Temperaturë e ulët
zgjidhje:
T L = 600 Kelvin – 273 = 327 o C
9. Bazuar në grafikun më poshtë, nëse motori thith 800 J nxehtësi, cila është puna e kryer nga motori?
I njohur:
Temperatura më e lartë (T⁻⁻⁻⁻ ) = 600 Kelvin
Temperatura e ulët (TL ) = 250 Kelvin
Hyrja e nxehtësisë (Q1 ) = 800 Xhaul
Kërkohet: Punë (W)
zgjidhje:
Efikasiteti i motorit Carnot:
Puna u krye nga motori:
W = e Q 1
W = (7/12) (800 Xhaul)
W = 466.7 Xhaul
10. Temperatura më e lartë e një motori Carnot është 600 K. Nëse motori thith 600 J nxehtësi dhe temperatura më e ulët është 400 K, cila është puna e kryer nga motori?
I njohur:
Temperatura e ulët (T₂L ) = 400 K
Temperatura e lartë ( T⁻ ...
Hyrja e nxehtësisë (Q1 ) = 600 Xhaul
Kërkohet: Puna u krye me motor Carnot (W)
zgjidhje:
Efikasiteti i motorit Carnot:
Puna u krye nga motori Carnot:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Xhaul
- Cili është fokusi kryesor i termodinamikës? PërgjigjeTermodinamika përqendrohet në studimin e energjisë, transformimeve të saj dhe marrëdhënies së saj me materien, veçanërisht në sistemet në ekuilibër.
- Si lidhet ligji zero i termodinamikës me temperaturën? PërgjigjeLigji zero thotë se nëse dy sisteme janë secili në ekuilibër termik me një sistem të tretë, atëherë ato janë në ekuilibër termik me njëri-tjetrin. Kjo nënkupton ekzistencën e një vetie të quajtur temperaturë, e cila është e njëjtë për të gjitha sistemet në ekuilibër termik.
- Çfarë përshkruan ligji i parë i termodinamikës? PërgjigjeLigji i parë, i njohur edhe si ligji i ruajtjes së energjisë, thotë se energjia nuk mund të krijohet ose shkatërrohet, por vetëm shndërrohet nga një formë në një tjetër. Në një sistem të mbyllur, ndryshimi në energjinë e brendshme është i barabartë me nxehtësinë e shtuar në sistem minus punën e bërë nga sistemi në mjedisin përreth tij.
- Pse është ligji i dytë i termodinamikës thelbësor për të kuptuar drejtimin e proceseve natyrore? PërgjigjeLigji i dytë thotë se entropia (ose çrregullimi) e një sistemi të izoluar rritet gjithmonë ose mbetet konstante. Kjo dikton që energjia shpërndahet spontanisht, nëse nuk pengohet ta bëjë këtë, duke u dhënë një drejtim proceseve natyrore dhe duke shpjeguar në thelb pse disa procese ndodhin spontanisht, ndërsa të tjerat jo.
- Çfarë është entropia dhe si lidhet ajo me çrregullimin në një sistem? PërgjigjeEntropia është një masë e sasisë së energjisë në një sistem që nuk është i disponueshëm për të kryer punë. Gjithashtu, shpesh përshkruhet si një masë e çrregullimit ose rastësisë së sistemit. Në përgjithësi, entropia më e lartë korrespondon me çrregullim ose rastësi më të madhe.
- Si e përshkruan ligji i tretë i termodinamikës entropinë e një kristali të përsosur në zero absolute? PërgjigjeLigji i tretë thotë se entropia e një kristali të përsosur është saktësisht zero në temperaturën zero absolute (0 Kelvin). Kjo do të thotë se në këtë temperaturë, sistemi është i rregulluar në mënyrë të përsosur.
- Pse nxehtësia nuk mund të kalojë vetë nga një trup më i ftohtë në një trup më të nxehtë? PërgjigjeKjo sjellje është pasojë e ligjit të dytë të termodinamikës. Nëse nxehtësia do të rrjedhë spontanisht nga një trup më i ftohtë në një më të nxehtë, kjo do të çonte në një ulje të entropisë së përgjithshme të sistemit, gjë që nuk favorizohet nga proceset natyrore.
- Cili është ndryshimi midis një sistemi të izoluar, të mbyllur dhe të hapur në termodinamikë? PërgjigjeNjë sistem i izoluar nuk shkëmben energji ose materie me mjedisin e tij. Një sistem i mbyllur mund të shkëmbejë energji, por nuk ka rëndësi me mjedisin e tij. Një sistem i hapur mund të shkëmbejë si energji ashtu edhe materie me mjedisin e tij.
- Si ndryshon koncepti i "punës" në termodinamikë nga përdorimi i përditshëm i termit? PërgjigjeNë termodinamikë, "puna" i referohet procesit të transferimit të energjisë ku forcat e aplikuara në një objekt e lëvizin atë në një drejtim paralel me forcën. Për shembull, kur një gaz zgjerohet kundër një pistoni, ai ushtron punë mbi pistonin. Ky është një përkufizim më specifik krahasuar me përdorimin e përditshëm të "punës", që mund të nënkuptojë thjesht çdo detyrë ose aktivitet.
-
Çfarë është një cikël Carnot dhe pse është i rëndësishëm në termodinamikë? Përgjigje : Cikli Carnot është një cikël termodinamik i idealizuar që ofron një kufi të sipërm të efikasitetit që çdo motor klasik termodinamik mund të arrijë gjatë shndërrimit të nxehtësisë në punë (ose anasjelltas). Është i rëndësishëm sepse vendos një kufi themelor të efikasitetit bazuar në temperaturat e rezervuarëve të nxehtësisë midis të cilëve vepron një motor.
