Mifano 11 ya maswali kuhusu matumizi ya sheria ya kwanza ya thermodynamics kwa michakato mbalimbali ya thermodynamic (isobaric, isothermal, isochoric)
1. Grafu iliyo hapa chini inaonyesha mzunguko wa thermodynamic unaopatikana na gesi. Kazi inayofanywa na gesi katika mchakato ABCD ni…
Majadiliano
Inajulikana :
Shinikizo 1 (P)1) = 2 x 105 Pa
Shinikizo 2 (P)2) = 4 x 105 Pa
Juzuu ya 1 (V1) = mita 13
Juzuu ya 2 (V2) = mita 33
Aliuliza Kazi inayofanywa na gesi katika mchakato wa mzunguko wa ABCD
Jawab :
Kazi iliyofanywa na gesi = eneo la mstatili ABCD.
W = (P2 - Uk1(V)2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105(3 – 1)
W = (2 x 105)(2)
W = 4 x 105 Joule
Kazi inayofanywa na gesi katika mchakato wa mzunguko wa ABCD ni 4 x 105 Joule.
2. Kazi inayofanywa na gesi katika mchakato wa mzunguko wa ABC ni…
Majadiliano
Inajulikana :
Shinikizo 1 (P)1) = 3 x 105 Pa
Shinikizo 2 (P)2) = 6 x 105 Pa
Juzuu ya 1 (V1) = sm 203 = 20x10-6 m3
Juzuu ya 2 (V2) = sm 603 = 60x10-6 m3
Aliuliza Kazi inayofanywa na gesi katika mchakato wa mzunguko wa ABC
Jawab :
Kazi iliyofanywa na gesi = eneo la pembetatu ABCD.
W = ½ (P2 - Uk1(V)2 - V1)
W = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
W = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
W = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (Jouli 12)
W = Jouli 6
Kazi inayofanywa na gesi katika mchakato wa mzunguko wa ABC ni Jouli 6.
3. Grafu ya shinikizo (P) dhidi ya ujazo (V) wa gesi katika nafasi iliyofungwa. Sehemu ya grafu inayoonyesha gesi ikifanya kazi kwenye mazingira ni…
Majadiliano
Mchakato AB na mchakato DC ni michakato ya isobariki. Mchakato AD na mchakato BC ni michakato ya isobariki.
Gesi hufanya kazi kwenye mazingira ikiwa gesi itapanuka ili ujazo wa nafasi inayokaliwa na gesi uongezeke (mchakato wa DC). Mazingira hufanya kazi kwenye gesi ikiwa gesi itaganda ili ujazo wa nafasi inayokaliwa na gesi upungue (mchakato wa BC).
4. Gesi zote bora hupitia mchakato wa isochoric hivyo...
A. molekuli zote zina kasi sawa
B. katika halijoto ya juu kasi ya wastani ya molekuli ni kubwa zaidi
C. shinikizo la gesi linabaki thabiti
D. gesi itafanya kazi
E. haina nishati ya ndani
Majadiliano
Isokoriki = ujazo usiobadilika.
Jibu sahihi ni B.
5. Kiasi cha gesi bora hubanwa kupitia mchakato wa thermodynamic kutoka hali ya 1 hadi hali ya 2 kama inavyoonyeshwa kwenye grafu ifuatayo ya PV. Kazi inayofanywa na gesi ni…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Majadiliano
Lita 1 = 0,001 m 3
Inajulikana kwamba :
Shinikizo 1 (P 1 ) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m 2
Shinikizo 2 (P 2 ) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m 2
Juzuu 1 (V 1 ) = lita 4 = 4 (0,001 m 3 ) = 0,004 m 3
Juzuu ya 2 (V 2 ) = lita 10 = 10 (0,001 m 3 ) = 0,010 m 3
Aliuliza : Kazi (W) iliyofanywa na gesi
Jibu:
W = P (V 2 – V 1 ) + 1/2 (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
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)
W = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = Jouli 90
Jibu sahihi ni E.
6. Angalia mchoro wa PV upande!
Kazi inayozalishwa katika mchakato wa thermodynamic katika mzunguko mmoja ni…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Majadiliano
Inajulikana kwamba :
Shinikizo 1 (P 1 ) = 1 x 10 5 Pa = 1 x 10 5 N/m 2
Shinikizo 2 (P 2 ) = 3 x 10 5 Pa = 3 x 10 5 N/m 2
Juzuu ya 1 (V 1 ) = 2 m 3
Juzuu ya 2 (V 2 ) = 4 m 3
Aliuliza : Kazi (W) imetengenezwa.
Jibu :
Kazi iliyofanywa = eneo la abcd ya pande nne.
W = (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = (3 x 10 5 – 1 x 10 5 )(4 – 2)
W = (2 x 10 5 )(2)
W = 4 x 105 Jouli
W = Jouli 400.000
W = kilo 400 Joule
Jibu sahihi ni D.
7. Gesi bora hupitia mchakato kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro wa PV upande wa kulia. Kazi inayofanywa katika mchakato huu ni…
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Majadiliano
Inajulikana kwamba :
Shinikizo 1 (P 1 ) = 1 N/m 2
Shinikizo 2 (P 2 ) = 7 N/m 2
Juzuu ya 1 (V 1 ) = 1 m 3
Juzuu ya 2 (V 2 ) = 5 m 3
Aliuliza: Kazi (W) imekamilika.
Jibu:
Kazi imefanywa = eneo la pembetatu ABC.
W = ½ (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
W = ½ ( 6 )( 4 )
W = ½ (24)
W = Jouli 12
Jibu sahihi ni D.
8. 0,02 mol ya gesi ya monatomu katika 350 K iko kwenye chombo kilichofungwa. Je, ni joto kiasi gani linalohitajika ili kuongeza halijoto ya gesi hadi 400 K? Kigezo cha gesi cha ulimwengu wote, R = 8,31 mol J-1 K-1.
A. Joule 10
B. 12,5 Joule
C. 14 Joule
D. Jouli 15,5
E. 17 Joule
Majadiliano:
Inajulikana :
n = mol 0,02
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Aliuliza :
Joto (Q)?
Jawab :
Katika mchakato wa isochoric (kiasi kisichobadilika), Q = delta U
Maelezo: Q = joto, delta U = mabadiliko katika nishati ya ndani, U = nishati ya ndani
9. Mole mbili za gesi ya monatomu kwenye joto la 20 oC na shinikizo 2 × 105 Pa hupitia mchakato wa isochoric hadi shinikizo liwe 4 × 105 Pa. Ikiwa kigezo cha gesi cha ulimwengu = 8,31 J/mol K, basi mabadiliko katika nishati ya ndani ya gesi ni…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Majadiliano:
Inajulikana :
n = mol 2
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2x105 Pa
P2 = 4x105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Aliuliza :
Mabadiliko katika nishati ya ndani (delta U)?
Jawab :
Delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Hesabu T2 kwanza tumia fomula ya sheria ya Gay-Lussac (juzuu isiyobadilika)
10. Sehemu ya grafu ya shinikizo (P) - ujazo (V) inayoonyesha kazi ya nje ya kupokea gesi ni...
A. AB
CD ya B
C. BC
D. DA
E. AC
Majadiliano :
Ikiwa kazi inafanywa kwenye gesi, ujazo wake huongezeka. Kinyume chake, ikiwa kazi inafanywa kwenye gesi kutoka chanzo cha nje, ujazo wake hupungua. Mchakato unaoonyeshwa kwenye grafu hapo juu unaoonyesha kupungua kwa ujazo wa gesi ni CD ya mchakato.
Kwa hivyo jibu sahihi ni B.
11. Grafu zilizo hapa chini zinaonyesha uhusiano kati ya shinikizo (P) na ujazo (V) wa gesi inayopitia mchakato.
Mchakato unaoleta juhudi kubwa zaidi unaonyeshwa kwenye nambari ya grafu …
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Majadiliano :
Kazi iliyofanywa = eneo. Kadiri eneo linavyokuwa kubwa, ndivyo kazi iliyofanywa inavyokuwa kubwa zaidi. Eneo kubwa zaidi linaonyeshwa kwenye grafu ya 3.
Jibu sahihi ni C.
