20 exempel på termodynamiska frågor
Termodynamisk process
1. Inom termodynamiken genomgår en ideal gas en isotermisk process om…
A. förändringar i gasens tillstånd, temperaturen förblir alltid konstant
B. alla molekyler rör sig med olika hastigheter
C. Alla gasförhållanden ändrar alltid temperatur
D. vid höga temperaturer är molekylernas hastighet högre
E. gastryck och volym ändras inte
Diskussion
Isotermisk eller isotermisk betyder konstant temperatur.
Det rätta svaret är A.
2. Alla ideala gaser genomgår en isokorisk process så...
A. alla molekyler har samma hastighet
B. vid höga temperaturer är molekylernas medelhastighet större
C. gastrycket förblir konstant
D. gasen kommer att utföra arbete
E. har ingen inre energi
Diskussion
Isokorisk = konstant volym.
Det rätta svaret är B.
3. Det korrekta påståendet om termodynamiska processer är…
A. Isobar är processen att förändra gas vid konstant tryck.
B. Isobar är processen att förändra gas vid konstant temperatur.
C. Isokorisk är en process där gas förändras vid konstant tryck.
D. isoterm är processen att förändra gas vid konstant volym.
E. Isokorisk är en process där gas förändras vid konstant temperatur.
Diskussion
Isobar = konstant tryck
Isokorisk = konstant volym
Isotermisk = konstant temperatur
Det rätta svaret är A.
Termodynamikens första lag
4. Enligt PV-grafen nedan är mängden gasarbete i processerna I och II proportionell mot...
A. 4:3
B. 3:4
C. 2:3
D. 1:2
E. 1: 1
Diskussion
Det är känt att:
Process 1:
Tryck (P) = 20 N/ m²
Initial volym (V1 ) = 10 liter = 10 dm3 = 10 x 10⁻³ m3
Slutvolym (V² ) = 40 liter = 40 dm³ = 40 x 10⁻³ m³
Process 2:
Tryck (P) = 15 N/ m²
Initial volym (V1 ) = 20 liter = 20 dm3 = 20 x 10⁻³ m3
Slutvolym (V² ) = 60 liter = 60 dm³ = 60 x 10⁻³ m³
Frågade:
Jawab:
Gasarbete pågår 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
Gasarbete i process 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
Jämförelse av gasarbete i processer I och II:
0,6 m³ : 0,6 m³
1: 1
Det rätta svaret är E.
5. Enligt P-V-grafen är mängden gasarbete i processerna I och II proportionell mot...
A. 4:3
B. 3:4
C. 2:3
D. 1:2
E. 1: 1
Diskussion
Det är känt att:
Process I:
Tryck (P) = 20 Pascal
Volym 1 (V1 ) = 10 liter
Volym 2 (V2 ) = 40 liter
Process II:
Tryck (P) = 15 Pascal
Volym 1 (V1 ) = 20 liter
Volym 2 (V2 ) = 60 liter
Fråga: Jämförelse av gasarbete i processer I och II
Jawab:
Den termodynamiska processen baserad på grafen ovan är en isobar process (konstant tryck).
Arbete utfört av gasen i process I:
W = P ( V2 – V1 )
W = (20)(40 – 10)
W = (20)(30)
W=600
Arbete utfört av gasen i process II:
W = P ( V2 – V1 )
W = (15)(60 – 20)
W = (15)(40)
W=600
Jämförelse av gasarbete i processer I och II:
600: 600
1: 1
Det rätta svaret är E.
6. Heliumgas värms upp enligt PV-grafen nedan. Arbetet som utförs av heliumgas i AB-processen är...
A. 15 joule 
B. 10 joule
Ca 8 joule
D. 4 joule
E. 2 joule
Diskussion
Det är känt att :
Tryck (P) = 2 x 10⁻⁶ N /m² = 2 x 10⁻⁶ Pascal
Ursprunglig volym (V1 ) = 5 cm3 = 5 x 10⁻⁶ m3
Slutvolym (V² ) = 15 cm³ = 15 x 10⁻⁶ m³
Fråga : Arbetet som gasen utför i AB-processen
Svar :
W = ∆P ∆V
W = P ( V2 – V1 )
W = (2 x 10⁻⁴ ) (15 x 10⁻⁴ – 5 x 10⁻⁴ )
W = (2 x 10⁻⁴ ) (10 x 10⁻⁶ ) = (2 x 10⁻⁴ )(1 x 10⁻⁴ )
W = 2 Joule
Det rätta svaret är E.
7. Titta på bilden! En ideal gas genomgår en process där tryck (P) ändras till volym (V). Arbetet som gasen utför i denna process är…
A. 20 Joule
B. 2 500 joule
Cirka 5 000 joule
D. 12 500 joule
E. 25 000 joule
Diskussion
Det är känt att :
Initialt tryck (P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m2
Sluttryck (P² ) = 6 Pa = 6 N/ m²
Initial volym (V1 ) = 2 m3
Slutvolym (V² ) = 4 m³
Önskat : Arbete utfört med gas (W)
Svar :
Arbete utfört av gasen = arean under kurvan ab.
W = triangelns area + rektangelns area
V = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
B = 2 + 8
W = 10 Joule
Det rätta svaret är E.
8. En ideal gas genomgår en sluten process A → B → C → A. I en cykel utför gasen ett arbete som uppgår till….
A. -X 2,0 103 J
B. − 5,5 x 10³ J
C. − 8,0 x 10⁻⁶ J
D. 2,0 x 106 J
E. 4,0 x 106 J
Diskussion
Arbete (W) = kurvans area (triangelns area innanför linjen markerad med pilen).
B = ½ (20-10)(6 x 10⁻¹ – 2 x 10⁻¹ )
B = ½ (10)(4 x 105 )
W = (5)(4 x 105 )
B = 20 x 10⁶ = 2 x 10⁶ Joule
Det rätta svaret är D.
Värmemotor
9. En maskin absorberar 2 000 joule värme från en högtemperaturreservoar och avger 1 200 joule till en lågtemperaturreservoar. Maskinens verkningsgrad är ….
A. 80 %
B. 75 %
C. 60 %
D. 50 %
E. 40 %
Diskussion
Det är känt att:
Värmeabsorberad (QH ) = 2000 Joule
Värmeavgivning (QL ) = 1200 Joule
Arbete producerat av maskinen (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule
Fråga : Verkningsgrad hos värmemotor (e)
Svar :
Formeln för en värmemotors verkningsgrad:
e = W / Q H = 800/2000 = 0,4 x 100 % = 40 %
Det rätta svaret är E.
Carnot-motor
10. Verkningsgraden hos en Carnot-motor vars cykel absorberar värme vid en temperatur av 960 K och avger värme vid en temperatur av 576 K är...
A. 40 %
B. 50 %
C. 56 %
D. 60 %
E. 80 %
Diskussion
Det är känt att :
Hög temperatur (TH ) = 960 K
Låg temperatur (TL ) = 576 K
Fråga : Carnot-motorns verkningsgrad (e)
Svar :
Verkningsgraden för en Carnot-motor är 0,4 x 100 % = 40 %
Det rätta svaret är A.
11. I PV-grafen för Carnot-motorn nedan är W = 6 000 Joule. Mängden värme som frigörs av motorn per cykel är...
A. 2.250 joule
B. 3.000 joule
Ca 3.750 joule
D. 6.000 joule
E. 9.600 joule
Diskussion
Det är känt att:
Arbete (W) = 6000 Joule
Högsta temperatur (TH ) = 800 Kelvin
Låg temperatur (T L ) = 300 Kelvin
Frågade: F
Jawab:
Verkningsgraden hos en ideal värmemotor (Carnot-motor):
Värme absorberad av Carnot-motorn:
W = e Q 1
6000 = (0,625) Q1
Q1 = 6000 / 0,625
Q1 = 9600
Värme som frigörs av en Carnot-motor:
Q2 = Q1 – W
Q2 = 9600 – 6000
Q² = 3600 Joule
Det finns inget rätt svar.
12. En Carnot-motor med en verkningsgrad på 40 % använder en varm reservoar med en temperatur på 727 °C. Bestäm temperaturen på den kalla reservoaren!
A. 327°C
B. 357°C
C. 400°C
D. 600°C
Ö. 627°C
Diskussion
Det är känt att:
Verkningsgrad (e) = 40 % = 40/100 = 0,4
Högsta temperatur (TH ) = 727 ° C + 273 = 1000 K
Fråga: Bestäm temperaturen på den kalla reservoaren
Jawab:
Reservoartemperaturen är 600–273 = 327 ° C
Det rätta svaret är A.
13. P-V-grafen för en Carnot-motor ser ut som i följande figur! Om motorn absorberar 800 J värme, då är det utförda arbetet…
A. 105,5 J
B. 252,6 J
C. 336,6 J
D. 466,7 J
E. 636,7 J
Diskussion
Det är känt att:
Högsta temperatur (TH ) = 600 Kelvin
Låg temperatur (T L ) = 250 Kelvin
Absorberad värme (Q1 ) = 800 Joule
Frågad: Ansträngning (W)
Jawab:
Verkningsgraden hos en ideal värmemotor (Carnot-motor):
De ansträngningar som gjorts är:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joule)
W = 466,7 Joule
Det rätta svaret är D.
14. En Carnot-motor arbetar vid en hög temperatur på 600 K för att producera mekaniskt arbete. Om motorn absorberar 600 J värme vid en låg temperatur på 400 K, då är det producerade arbetet….
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J
Diskussion
Det är känt att :
Låg temperatur (TL ) = 400 K
Hög temperatur (TH ) = 600 K
Absorberad värme (Q1 ) = 600 Joule
Sökes : Arbete producerat av Carnot-motorn (W)
Svar :
Verkningsgraden hos en ideal värmemotor (Carnot-motor):
Arbete utfört av Carnot-motorn:
W = e Q 1
W = (1/3)(10 000) = 5 000 joule
Det rätta svaret är E.
Kinetisk gasteori och termodynamik
15. I en tank finns en ideal gas med en volym på 4 liter, en temperatur på 27 ° C och ett tryck på 3 atm (1 atm = 10 5 Nm⁻² ). Gasen genomgår en uppvärmningsprocess vid konstant tryck till en temperatur på 87 ° C . Gasens värmekapacitet är 9 JK⁻¹ . Gasens slutliga volym och förändringen i gasens inre energi är respektive...
A. 4,2 liter, ΔU = 200 joule
B. 4,4 liter, ΔU = 240 joule
C. 4,6 liter, ΔU = 280 joule
D. 4,8 liter, ΔU = 300 joule
E. 4,8 liter, ΔU = 360 joule
Diskussion
Isobarisk process (konstant tryck)
Det är känt att:
Den initiala volymen av en ideal gas (V1 ) = 4 liter
Initialtemperatur för en ideal gas (T1 ) = 27 ° C + 273 = 300 K
Sluttemperatur för ideal gas (T2 ) = 87 ° C + 273 = 360 K
Idealt gastryck (P) = 3 atm = 3 x 10⁻⁶ Nm⁻²
Gasens värmekapacitet (C) = 9 JK -1
Fråga: Slutlig gasvolym (V² ) och förändring i gasens inre energi (ΔU)
Jawab:
Beräkna slutvolymen med hjälp av Charles lagformel (isobarisk process eller konstant tryck):
Volymändring:
1 liter = 0,001 m³
Initial volym (V1 ) = 4 (0,001 m3 ) = 0,004 m3
Slutvolym (V² ) = 4,8 (0,001 m³ ) = 0,0048 m³
Volymförändring ( ΔV) = V2 – V1 = 0,0048 m3 – 0,004 m3 = 0,008 m3.
Temperaturförändringar:
Temperaturförändring (ΔT) = T2 – T1 = 360 K – 300 K = 60 K
Beräkna förändringen i inre energi (ΔU) för en ideal gas med hjälp av formeln för termodynamikens första huvudsats:
ΔU = Q – W
Beskrivning: ΔU = förändring i inre energi, Q = värme, W = arbete.
Beräkna arbetet (W) vid konstant tryck:
W = P ΔV = (3 x 10 5 )( 0,0008) = (3 x 10 1 )( 8) = (30)(8) = 240 joule
Beräkna värmen (Q) med hjälp av värmekapacitetsformeln (C):
C = Q / ΔT
Q = (C)(AT) = (9)(60) = 540 Joule
Beräkna förändringen i inre energi:
ΔU = Q – W = 540 joule – 240 joule = 300 joule.
Det rätta svaret är D.
16. I en tank finns 6 liter ideal gas med ett tryck på 2 atm (1 atm = 10 ^5 Nm⁻² ), en temperatur på 27 ° C . Gasen värms upp till en temperatur på 77 ° C vid konstant tryck. Om gasens värmekapacitet är 5 JK⁻¹ , är den slutliga volymen respektive förändringen i gasens inre energi….
A. 8 liter; ΔU = 250 joule
B. 8 liter; ΔU = 200 joule
C. 7 liter; ΔU = 100 joule
D. 7 liter; ΔU = 50 joule
E. 7 liter; ΔU = 20 joule
Diskussion
Isobarisk process (konstant tryck)
Det är känt att:
Den initiala volymen av en ideal gas (V1 ) = 6 liter
Initialtemperatur för en ideal gas (T1 ) = 27 ° C + 273 = 300 K
Sluttemperatur för ideal gas (T2 ) = 77 ° C + 273 = 350 K
Idealt gastryck (P) = 2 atm = 2 x 10⁻⁶ Nm⁻²
Gasens värmekapacitet (C) = 5 JK -1
Fråga: Slutlig gasvolym (V² ) och förändring i gasens inre energi (ΔU)
Jawab:
Beräkna slutvolymen med hjälp av Charles lagformel (isobarisk process eller konstant tryck):
Volymändring:
1 liter = 0,001 m³
Initial volym (V1 ) = 6 (0,001 m3 ) = 0,006 m3
Slutvolym (V² ) = 7 (0,001 m³ ) = 0,007 m³
Volymförändring ( ΔV) = V2 – V1 = 0,007 m3 – 0,006 m3 = 0,001 m3.
Temperaturförändringar:
Temperaturförändring ( ΔT ) = T2 – T1 = 350 K – 300 K = 50 K
Beräkna förändringen i inre energi (ΔU) för en ideal gas med hjälp av formeln för termodynamikens första huvudsats:
ΔU = Q – W
Beskrivning: ΔU = förändring i inre energi, Q = värme, W = arbete.
Beräkna arbetet (W) vid konstant tryck:
W = P ΔV = (2 x 10 5 )( 0,001) = (2 x 10 2 )(1 ) = (200)(1) = 200 Joule
Beräkna värmen (Q) med hjälp av värmekapacitetsformeln (C):
C = Q / ΔT
Q = (C)(AT) = (5)(50) = 250 Joule
Beräkna förändringen i inre energi:
ΔU = Q – W = 250 joule – 200 joule = 50 joule.
Det rätta svaret är D.
Termodynamisk process
17. Titta på grafen på sidan och följande påståenden!
(1) AB-processen är isobar och W = P (V2 - V1)
(2) Process BC är adiabatisk, och ΔU = Q
(3) Process BC är isokorisk, och ΔU = Q
(4) CA-processen är isotermisk och systemet absorberar värme.
Det korrekta påståendet är…
A. (1) och (3)
B. (1) och (4)
C. (2) och (3)
D. (2) och (4)
E. (3) och (4)
Diskussion
(1 ) AB-processen är isobar och W = P ( V² – V¹ )
Isobar = konstant tryck. Konstant tryck indikeras av en rak linje längs P1 från A till B. I denna process förblir trycket konstant men det sker en volymförändring där volymen ökar. Om volymen ökar utför systemet arbete på omgivningen, där mängden arbete (W) är resultatet av produkten av tryck (P) och volymförändringen (ΔU).
(3) Process BC är isokorisk, och ΔU = Q
Isokor = konstant volym. En fast volym indikeras av en rak linje längs V₂ från B till C. I denna process förblir volymen konstant men det sker en tryckförändring där trycket ökar. Volymen är konstant så inget arbete utförs, där W = 0. Formeln för termodynamikens första huvudsats är ΔU = Q – W, där ΔU = förändring i inre energi, Q = värme och W = arbete. Om det inte finns något arbete är W = 0, så ΔU = Q.
Det rätta svaret är A.
18. Titta på följande termodynamiska cykelgraf!
Från följande uttalande:
(1) A – B = isokorisk, arbetet beror på temperaturförändringar
(2) B – C = adiabatisk, ingen värmeförändring
(3) B – C = isobar, arbetet beror på volymförändringar
(4) C – A = processen sker med ansträngning utifrån systemet
Sanningen är…
A. (1) och (2)
B. (1) och (3)
C. (2) och (3)
D. (2) och (4)
E. (3) och (4)
Diskussion
(1) A – B = isokorisk, arbetet beror på temperaturförändringar
Ja, den här processen är isokorisk (konstant volym). Volymen förblir dock konstant, så inget arbete utförs. Arbete uppstår när det sker en volymförändring. Därför är detta påstående felaktigt.
(3) B – C = isobar, arbetet beror på volymförändringar
Isobar = konstant tryck. Konstant tryck indikeras av en rak linje från B till C. I denna process sker en förändring i systemets volym, där systemets volym ökar. En ökning av systemets volym innebär att systemet utför arbete på omgivningen.
(4) C – A = processen sker med ansträngning utifrån systemet
I denna process minskar systemets volym och systemtrycket. En minskning av systemvolymen innebär att omgivningen utför arbete på systemet. Med andra ord utförs arbete externt.
Det rätta svaret är E.
Termodynamikens lagar
19. Titta på bilden! En ideal gas genomgår en process där tryck (P) ändras till volym (V). Arbetet som gasen utför i denna process är…
A. 20 Joule
B. 2 500 joule
Cirka 5 000 joule
D. 12 500 joule
E. 25 000 joule
Diskussion
Det är känt :
Initialt tryck (P1) = 4 Pa = 4 N/m2
Sluttryck (P2) = 6 Pa = 6 N/m2
Initial volym (V1) = 2 m3
Slutvolym (V2) = 4 m3
Frågade Arbete utfört av gasen (W)
Jawab :
Arbete utfört av gasen = arean under kurvan ab.
W = triangelns area + rektangelns area
V = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
B = 2 + 8
W = 10 Joule
Det rätta svaret är E.
20. En ideal gas genomgår en sluten process A → B → C → A. I en cykel utför gasen ett arbete som uppgår till….
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
Diskussion
Arbete (W) = kurvans area (triangelns area innanför linjen markerad med pilen).
B = ½ (20-10)(6 x 105 - 2 x 105)
B = ½ (10)(4 x 105)
W = (5)(4 x 105)
B = 20 x 105 = 2 x 106 JOULE
Det rätta svaret är D.
Frågekälla:
Nationella fysikfrågor för gymnasiet/yrkesgymnasiet
