வெப்ப இயக்கவியல் – சிக்கல்களும் தீர்வுகளும்

வெப்ப இயக்கவியல் – சிக்கல்களும் தீர்வுகளும்

வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் விதி

1. கீழே உள்ள PV வரைபடத்தின் அடிப்படையில், செயல்முறை I-ல் வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலைக்கும் , செயல்முறை II-ல் வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலைக்கும் உள்ள விகிதம் என்ன ?

அறியப்பட்டது :

செயல்முறை 1 :

அழுத்தம் (P) = 20 N/m ²

ஆரம்ப கன அளவு (V ₁ ) = 10 லிட்டர் = 10 dm ³ = 10 x 10 ^-3 m ³

இறுதிக் கன அளவு (V ₂ ) = 40 லிட்டர் = 40 dm ³ = 40 x 10 ^-3 m ³

செயல்முறை 2 :

செயல்முறை (P) = 15 N/m ²

ஆரம்ப கன அளவு (V ₁ ) = 20 லிட்டர் = 20 dm ³ = 20 x 10 ^-3 m ³

இறுதிக் கன அளவு (V ₂ ) = 60 லிட்டர் = 60 dm ³ = 60 x 10 ^-3 m ³

தேவை : வாயுவால் செய்யப்படும் வேலையின் விகிதம்

தீர்வு:

செயல்முறை I-ல் வாயு செய்த வேலை:

W = P ΔV = P (V ₂ –V ₁ ) = (20)(40-10)(10 ^-3 மீ ³ ) = (20)(30)(10 ^-3 மீ ³ ) = (600)(10 ^-3 மீ ³ ) = 0.6 மீ ³

செயல்முறை II-ல் வாயுவால் செய்யப்படும் வேலை:

W = P ΔV = P (V ₂ –V ₁ ) = (15)(60-20)(10 ^-3 மீ ³ ) = (15)(40)(10 ^-3 மீ ³ ) = (600)(10 ^-3 மீ ³ ) = 0.6 மீ ³

செயல்முறை I மற்றும் செயல்முறை II இல் வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலையின் விகிதம்:

0.6 மீ ³ : 0.6 மீ ³

1: 1

2.

கீழே உள்ள வரைபடத்தின் அடிப்படையில், AB செயல்முறையில் ஹீலியம் வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலை என்ன?

அறியப்பட்டது :

அழுத்தம் (P) = 2 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 2 x ^10⁵ பாஸ்கல்கள்

ஆரம்ப கன அளவு (V ₁ ) = 5 செமீ ³ = 5 x 10 ^-6 மீ ³

இறுதி கன அளவு (V ₂ ) = 15 செ.மீ ³ = 15 x 10 ^-6 மீ ³

தேவை : AB செயல்முறையில் வாயுவால் செய்யப்படும் வேலை

தீர்வு:

W = ∆P ∆V

W = P (V ₂ – V ₁ )

W = (2 x 10 ⁵ )(15 x 10 ^-6 – 5 x 10 ^-6 )

W = (2 x 10 ⁵ )(10 x 10 ^-6 ) = (2 x 10 ⁵ )(1 x 10 ^-5 )

W = 2 ஜூல்

3.

கீழே உள்ள வரைபடத்தின் அடிப்படையில், AB செயல்முறையில் செய்யப்பட்ட வேலை என்ன?

அறியப்பட்டது :

ஆரம்ப அழுத்தம் (P ₁ ) = 4 Pa ​​​​= 4 N/m ²

இறுதி அழுத்தம் (P ₂ ) = 6 Pa = 6 N/m ²

ஆரம்ப கன அளவு (V ₁ ) = 2 மீ ³

இறுதி கன அளவு (V ₂ ) = 4 மீ ³

தேவை : செய்து முடிக்கப்பட்ட வேலை, நான் செயலாக்கும் ab

தீர்வு:

வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலை = வளைவு ab-இன் கீழுள்ள பரப்பளவு

W = முக்கோணத்தின் பரப்பளவு + செவ்வகத்தின் பரப்பளவு

W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

W = 2 + 8

W = 10 ஜூல்

4. கீழே உள்ள வரைபடத்தின் அடிப்படையில், ABCA செயல்முறையில் செய்யப்பட்ட வேலை என்ன?

தீர்வு:

வேலை (W) = முக்கோணம் ABC-யின் பரப்பளவு

W = ½ (20-10)(6 x 10 ⁵ – 2 x 10 ⁵ )

W = ½ (10)(4 x 10 ⁵ )

W = (5)(4 x 10 ⁵ )

W = 20 x 10 ⁵

W = 2 x ^10⁵ ஜூல்

வெப்ப இயந்திரம்

5. ஒரு இயந்திரம் உயர் வெப்பநிலையில் 2000 ஜூல் வெப்பத்தை உறிஞ்சி, குறைந்த வெப்பநிலையில் 1200 ஜூல் வெப்பத்தை வெளியிடுகிறது. அந்த இயந்திரத்தின் செயல்திறன் என்ன?

அறியப்பட்டது :

வெப்ப உள்ளீடு (Q _H ) = 2000 ஜூல்

வெப்ப வெளியீடு (Q _L ) = 1200 ஜூல்

இயந்திரத்தால் செய்யப்பட்ட வேலை (வாட்) = 2000 – 1200 = 800 ஜூல்

தேவை : செயல்திறன் (e)

தீர்வு:

e = W / Q _H

e = 800/2000

e = 0.4 x 100%

e = 40%

கார்னோட் இயந்திரம்

6. ஒரு இயந்திரம் 960 கெல்வின் வெப்பநிலையில் வெப்பத்தை உள்வாங்கி, 576 கெல்வின் வெப்பநிலையில் வெப்பத்தை வெளியேற்றுகிறது. அந்த இயந்திரத்தின் செயல்திறன் என்ன?

அறியப்பட்டது :

உயர் வெப்பநிலை (T _H ) = 960 K

குறைந்த வெப்பநிலை (T _L ) = 576 K

தேவை: செயல்திறன் (e)

தீர்வு:

கார்னோ இயந்திரத்தின் செயல்திறன் = 0.4 x 100% = 40%

7. கீழே உள்ள வரைபடத்தின்படி, இயந்திரம் செய்த வேலை 6000 ஜூல் ஆகும். ஒவ்வொரு சுற்றிலும் இயந்திரத்தால் வெளியேற்றப்பட்ட வெப்பம் எவ்வளவு?

அறியப்பட்டது :

வேலை (W) = 6000 ஜூல்

உயர் வெப்பநிலை (T _H ) = 800 கெல்வின்

குறைந்த வெப்பநிலை (T _L ) = 300 கெல்வின்

தேவை: இயந்திரத்தால் வெளியேற்றப்படும் வெப்பம்

தீர்வு :

கார்னோ (சிறந்த) செயல்திறன்:

கார்னோ இயந்திரத்தால் உறிஞ்சப்படும் வெப்பம்:

W = e Q ₁

6000 = (0.625) கேள்வி ₁

கே ₁ = 6000 / 0.625

கே ₁ = 9600

கார்னோ இயந்திரத்தால் வெளியேற்றப்படும் வெப்பம்:

Q ₂ = Q ₁ – W

கே ₂ = 9600 – 6000

Q ₂ = 3600 ஜூல்

8. ஒரு கார்னோ இயந்திரத்தின் செயல்திறன் 40% ஆகும். 727°C-ல் வெப்பம் உறிஞ்சப்பட்டால், அதன் குறைந்த வெப்பநிலை என்ன?

அறியப்பட்டது :

செயல்திறன் (e) = 40% = 40/100 = 0.4

உயர் வெப்பநிலை (T _H ) = 727 ^o C + 273 = 1000 K

தேவை: குறைந்த வெப்பநிலை

தீர்வு:

T _L = 600 கெல்வின் – 273 = 327 ^o C

9. கீழே உள்ள வரைபடத்தின் அடிப்படையில், இயந்திரம் 800 J வெப்பத்தை உறிஞ்சினால், அந்த இயந்திரம் செய்த வேலை என்ன?

அறியப்பட்டது :

உயர் வெப்பநிலை (T _H ) = 600 கெல்வின்

குறைந்த வெப்பநிலை (T _L ) = 250 கெல்வின்

வெப்ப உள்ளீடு (Q ₁ ) = 800 ஜூல்

தேவை: வேலை (W)

தீர்வு:

கார்னோ இயந்திரத்தின் செயல்திறன்:

இயந்திரத்தால் வேலை செய்யப்பட்டது:

W = e Q ₁

W = (7/12)(800 ஜூல்)

W = 466.7 ஜூல்

10. ஒரு கார்னோ இயந்திரத்தின் உயர் வெப்பநிலை 600 K ஆகும். அந்த இயந்திரம் 600 J வெப்பத்தை உறிஞ்சி, அதன் குறைந்த வெப்பநிலை 400 K ஆக இருந்தால், அந்த இயந்திரத்தால் செய்யப்பட்ட வேலை என்ன?

அறியப்பட்டது :

குறைந்த வெப்பநிலை (T _L ) = 400 K

உயர் வெப்பநிலை (T _H ) = 600 K

வெப்ப உள்ளீடு (Q ₁ ) = 600 ஜூல்

தேவை: கார்னோட் இன்ஜின் (W) மூலம் பணி செய்யப்பட்டது

தீர்வு:

கார்னோ இயந்திரத்தின் செயல்திறன்:

இந்தப் பணியை கார்னோட் இயந்திரம் செய்தது:

W = e Q ₁

W = (1/3)(600) = 200 ஜூல்

1. வெப்ப இயக்கவியலின் முதன்மை நோக்கம் என்ன? பதில்வெப்ப இயக்கவியல் என்பது, குறிப்பாக சமநிலையில் உள்ள அமைப்புகளில், ஆற்றல், அதன் உருமாற்றங்கள் மற்றும் பருப்பொருளுடனான அதன் தொடர்பு ஆகியவற்றைப் பற்றிய ஆய்வில் கவனம் செலுத்துகிறது.
2. வெப்ப இயக்கவியலின் பூஜ்ஜிய விதிக்கும் வெப்பநிலைக்கும் என்ன தொடர்பு? பதில்இரண்டு அமைப்புகள் ஒவ்வொன்றும் ஒரு மூன்றாவது அமைப்புடன் வெப்பச் சமநிலையில் இருந்தால், அவை ஒன்றுக்கொன்று வெப்பச் சமநிலையில் இருக்கும் என்று பூஜ்ஜிய விதி கூறுகிறது. இது, வெப்பச் சமநிலையில் உள்ள அனைத்து அமைப்புகளுக்கும் ஒரே மாதிரியான வெப்பநிலை எனப்படும் ஒரு பண்பு இருப்பதைக் குறிக்கிறது.
3. வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் விதி எதை விவரிக்கிறது? பதில்ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதி என்றும் அழைக்கப்படும் முதல் விதி, ஆற்றலை ஆக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது, அதை ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மாற்ற மட்டுமே முடியும் என்று கூறுகிறது. ஒரு மூடிய அமைப்பில், அக ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் என்பது, அந்த அமைப்புக்குச் சேர்க்கப்பட்ட வெப்பத்திலிருந்து, அந்த அமைப்பு அதன் சுற்றுப்புறத்தின் மீது செய்த வேலையைக் கழிப்பதற்குச் சமமாகும்.
4. இயற்கை செயல்முறைகளின் திசையைப் புரிந்துகொள்வதற்கு வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதி ஏன் இன்றியமையாததாக விளங்குகிறது? பதில்இரண்டாம் விதியின்படி, ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பின் என்ட்ரோபி (அல்லது ஒழுங்கின்மை) எப்போதும் அதிகரிக்கும் அல்லது மாறாமல் இருக்கும். இவ்வாறு, ஆற்றல் தடையின்றிப் பரவுகிறது; இது இயற்கை செயல்முறைகளுக்கு ஒரு திசையை வழங்குவதோடு, சில செயல்முறைகள் ஏன் தன்னிச்சையாக நிகழ்கின்றன, மற்றவை ஏன் நிகழ்வதில்லை என்பதையும் அடிப்படையில் விளக்குகிறது.
5. என்ட்ரோபி என்றால் என்ன, அது ஒரு அமைப்பில் உள்ள ஒழுங்கின்மையுடன் எவ்வாறு தொடர்புடையது? பதில்என்ட்ரோபி என்பது ஒரு அமைப்பில் வேலை செய்வதற்குப் பயன்படுத்த முடியாத ஆற்றலின் அளவைக் குறிக்கும் ஓர் அளவீடு ஆகும். இது பெரும்பாலும் அந்த அமைப்பின் ஒழுங்கின்மை அல்லது சீரற்ற தன்மையின் அளவீடாகவும் விவரிக்கப்படுகிறது. பொதுவாக, அதிக என்ட்ரோபியானது அதிக ஒழுங்கின்மை அல்லது சீரற்ற தன்மையுடன் தொடர்புடையதாக இருக்கும்.
6. வெப்ப இயக்கவியலின் மூன்றாம் விதி, தனிச்சூனிய வெப்பநிலையில் ஒரு குறைபாடற்ற படிகத்தின் என்ட்ரோபியை எவ்வாறு விவரிக்கிறது? பதில்மூன்றாவது விதியின்படி, ஒரு குறைபாடற்ற படிகத்தின் என்ட்ரோபியானது தனிச்சூனிய வெப்பநிலையில் (0 கெல்வின்) சரியாக பூஜ்ஜியமாக இருக்கும். இதன் பொருள், இந்த வெப்பநிலையில், அந்த அமைப்பு முழுமையாக ஒழுங்கமைக்கப்பட்டுள்ளது என்பதாகும்.
7. குளிர்ச்சியான பொருளில் இருந்து சூடான பொருளுக்கு வெப்பம் ஏன் தானாகவே பாய முடியாது? பதில்இந்த நடத்தை வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதியின் விளைவாகும். ஒரு குளிர்ச்சியான பொருளில் இருந்து ஒரு சூடான பொருளுக்கு வெப்பம் தன்னிச்சையாகப் பாய்ந்தால், அது அமைப்பின் ஒட்டுமொத்த என்ட்ரோபியில் ஒரு குறைவுக்கு வழிவகுக்கும், இது இயற்கை செயல்முறைகளால் விரும்பப்படாத ஒன்றாகும்.
8. வெப்ப இயக்கவியலில் தனித்த, மூடிய மற்றும் திறந்த அமைப்புகளுக்கு இடையே உள்ள வேறுபாடு என்ன? பதில்ஒரு தனித்த அமைப்பு அதன் சுற்றுப்புறங்களுடன் ஆற்றலையோ அல்லது பொருளையோ பரிமாறிக்கொள்வதில்லை. ஒரு மூடிய அமைப்பு ஆற்றலைப் பரிமாறிக்கொள்ள முடியும், ஆனால் அது அதன் சுற்றுப்புறங்களுடன் பொருளைப் பரிமாறிக்கொள்வதில்லை. ஒரு திறந்த அமைப்பு அதன் சுற்றுப்புறங்களுடன் ஆற்றல் மற்றும் பொருள் ஆகிய இரண்டையும் பரிமாறிக்கொள்ள முடியும்.
9. வெப்ப இயக்கவியலில் 'வேலை' என்ற கருத்து, அதன் அன்றாடப் பயன்பாட்டிலிருந்து எவ்வாறு வேறுபடுகிறது? பதில்வெப்ப இயக்கவியலில், "வேலை" என்பது ஒரு பொருளின் மீது செலுத்தப்படும் விசைகள், அந்தப் பொருளை விசைக்கு இணையான திசையில் நகர்த்தும் ஆற்றல் பரிமாற்றச் செயல்முறையைக் குறிக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு வாயு பிஸ்டனுக்கு எதிராக விரிவடையும்போது, ​​அது பிஸ்டனின் மீது வேலையைச் செய்கிறது. எந்தவொரு பணி அல்லது செயலையும் குறிக்கக்கூடிய "வேலை" என்ற வார்த்தையின் அன்றாடப் பயன்பாட்டுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​இது ஒரு மிகவும் துல்லியமான வரையறையாகும்.

10. கார்னோ சுழற்சி என்றால் என்ன, அது வெப்ப இயக்கவியலில் ஏன் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது? பதில் : கார்னோ சுழற்சி என்பது ஒரு இலட்சியப்படுத்தப்பட்ட வெப்ப இயக்கவியல் சுழற்சியாகும். இது, வெப்பத்தை வேலையாக (அல்லது நேர்மாறாக) மாற்றும்போது, ​​எந்தவொரு பாரம்பரிய வெப்ப இயக்கவியல் இயந்திரமும் அடையக்கூடிய செயல்திறனுக்கு ஒரு மேல் எல்லையை வழங்குகிறது. ஒரு இயந்திரம் இயங்கும் வெப்பக் கொள்கலன்களின் வெப்பநிலைகளின் அடிப்படையில் இது ஒரு அடிப்படை செயல்திறன் வரம்பை நிர்ணயிப்பதால் இது முக்கியத்துவம் பெறுகிறது.